JP2014532708A

JP2014532708A - ニコチン性受容体非競合的モジュレーター

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Publication number: JP2014532708A
Application number: JP2014540061A
Authority: JP
Inventors: ラオアキレディー，スリニヴァサ; スピーク，ジェイソン; シンバッティ，バルウィンダー; ヨハネス，ダニエル; ジェヌス，ジョン; シャオ，ユンデ
Original assignee: ターガセプト，インコーポレイテッド
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2014-12-08
Also published as: US20140288185A1; AU2012332545A1; WO2013067105A3; BR112014010719A2; WO2013067105A2; SG11201401984VA; IL232240A0; RU2014122338A; CA2853282A1; ZA201403502B; MX2014005216A; EP2773609A2; EP2773609A4; KR20140098115A; CL2014001137A1

Abstract

本発明は、非競合的アゴニストとしてニコチン性受容体をモジュレートする化合物、それらの合成方法、使用方法、およびそれらの医薬組成物に関する。【選択図】なし

Description

本発明は、非競合的モジュレーター（例えば、非競合的アンタゴニスト）としてニコチン性受容体をモジュレートする化合物、それらの合成方法、使用方法、およびそれらの医薬組成物に関する。

ニコチン性受容体は、その機能をアロステリックにモジュレートする非常に多くの外来性および内在性化合物の標的である。Arias, H. R., Binding sites for exogenous and endogenous non-competitive inhibitors of the nicotinic acetylcholine receptor, Biochimica et Biophysica Acta - Reviews on Biomembranes 1376: 173-220 (1998)およびArias, H. R., Bhumireddy, P., Anesthetics as chemical tools to study the structure and function of nicotinic acetylcholine receptors, Current Protein & Peptide Science 6: 451-472 (2005)を参照されたい。ニコチン性受容体の機能は、非競合的モジュレーター（非競合的アンタゴニストを含む）と呼ばれる構造的に多様な化合物により低下または遮断され得る（Arias, H.R., Bhumireddy, P., Bouzat, C., Molecular mechanisms and binding site locations for noncompetitive antagonists of nicotinic acetylcholine receptors. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 38: 1254-1276 (2006)に総説が記載されている）。

非競合的モジュレーターには、オルソステリック結合部位とは異なる部位（1つまたは複数）において作用することにより受容体機能を阻害する広範囲の構造的に多様な化合物が含まれる。受容体のモジュレーションは非常に複雑であることが証明されている。非競合的モジュレーターの作用メカニズムおよび結合親和性はニコチン性受容体サブタイプ間で異なる(Arias et al., 2006)。非競合的モジュレーターは少なくとも2種の異なるメカニズム：アロステリックおよび／または立体的メカニズムにより作用し得る。

アロステリックアンタゴニストのメカニズムには、非競合的アンタゴニストの受容体への結合および非伝導性コンフォメーション状態(non-conducting conformational state)（すなわち、休止状態または脱感作状態、および／または受容体脱感作速度の増加）の安定化が関与する。

それに対して、立体的メカニズムを簡単に表現すると、アンタゴニスト分子がイオンチャネルを物理的に遮断することである。このようなアンタゴニストを非競合的チャネルモジュレーター(NCM)と呼ぶことができる。あるものは、受容体がオープン状態である時に細孔の内部に結合し、それによりイオンの浸透を物理的に遮断することにより受容体を阻害する。あるものは純粋なオープンチャネルブロッカーとしてのみ作用し、他のものはオープンチャネルおよびクローズドチャネルの両方を遮断する。このようなアンタゴニストはオルソステリック部位での結合を伴わないメカニズムによりイオン流を阻害する。

バルビツレート、解離性麻酔薬、抗うつ薬、およびある種のステロイドが、オープンチャネルおよびクローズドチャネル遮断を含むアロステリックメカニズムによりニコチン性受容体を阻害することが示されている。バルビツレートの研究は、受容体のオープンおよびクローズドの両方の状態に対して結合が起こり、イオン流の遮断をもたらすというモデルを支持するものである。Dilger, J. P., Boguslavsky, R., Barann, M., Katz, T., Vidal, A. M., Mechanisms of barbiturate inhibition of acetylcholine receptor channels, Journal General Physiology 109: 401-414 (1997)を参照されたい。局所麻酔薬の神経伝導に対する阻害作用は主に電位依存性ナトリウムチャネルの遮断により仲介されるが、ニコチン性受容体も局所麻酔薬の標的である。Arias, H. R., Role of local anesthetics on both cholinergic and serotonergic ionotropic receptors, Neuroscience and Biobehavioral Reviews 23: 817-843 (1999)およびArias, H. R. & Blanton, M. P., Molecular and physicochemical aspects of local anesthetics acting on nicotinic acetylcholine receptor-containing membranes, Mini Reviews in Medicinal Chemistry 2: 385-410 (2002)を参照されたい。

例えば、テトラカイン(tetracaine)は休止状態の受容体チャネルに優先的に結合する。解離性麻酔薬は臨床的濃度範囲で数種の神経型ニコチン性受容体を阻害し、例としては、フェンシクリジン(phencyclidine)(PCP)(Connolly, J., Boulter, J., & Heinemann, S. F., Alpha 4-beta 2 and other nicotinic acetylcholine receptor subtypes as targets of psychoactive and addictive drugs, British Journal of Pharmacology 105: 657-666 (1992))、ケタミン(ketamine)(Flood, P. & Krasowski M. D., Intravenous anesthetics differentially modulate ligand-gated ion channels, Anesthesiology 92: 1418-1425 (2000)；およびHo, K. K. & Flood, P., Single amino acid residue in the extracellular portion of transmembrane segment 2 in the nicotinic α7 acetylcholine receptor modulates sensitivity to ketamine, Anesthesiology 100: 657-662 (2004))、およびジゾシルピン(dizocilpine)(Krasowski, M. D., & Harrison, N. L., General anaesthetic actions on ligand-gated ion channels, Cellular and Molecular Life Sciences 55: 1278-1303 (1999))が挙げられる。研究により、解離性麻酔薬が休止状態のイオンチャネルの単一部位または重複部位に結合することが示され、受容体チャネルにおいてケタミン/PCP部位がテトラカイン結合部位と部分的に重複することが示唆されている。ジゾシルピンは、MK-801としても知られるが、解離性麻酔薬および抗けいれん薬であり、種々のニコチン性受容体において非競合的アンタゴニストとして作用する。ジゾシルピンはα4β2ニューロンニコチン性受容体のオープンチャネルブロッカーであることが報告されている。Buisson, B., & Bertrand, D., Open-channel blockers at the human α4β2 neuronal nicotinic acetylcholine receptor, Molecular Pharmacology 53: 555-563 (1998)を参照されたい。

抗うつ薬は、モノアミンおよびセロトニン再取り込み系に対するその周知の作用に加えて、ニコチン性受容体をモジュレートすることも示されている。初期の研究により、三環系抗うつ薬が非競合的アンタゴニストとして作用することが示された。Gumilar, F., Arias, H.R., Spitzmaul, G., Bouzat, C., Molecular mechanisms of inhibition of nicotinic acetylcholine receptors by tricyclic antidepressants. Neuropharmacology 45: 964-76 (2003)を参照されたい。Garcia-Colungaらは、選択的セロトニン再取り込み阻害剤(SSRI)であるフルオキセチン(fluoxetine)が、脱感作速度の増大および／またはチャネル遮断の誘導のいずれかにより、筋肉またはニューロンニコチン性受容体の活性化により誘発される膜電流を非競合的方式で阻害することを報告している。Garcia-Colunga, J., Awad, J. N., & Miledi, R., Blockage of muscle and neuronal nicotinic acetylcholine receptors by fluoxetine (Prozac), Proceedings of the National Academy of Sciences USA 94: 2041-2044 (1997)；およびGarcia-Colunga, J., Vazquez-Gomez, E., & Miledi, R., Combined actions of zinc and fluoxetine on nicotinic acetylcholine receptors, The Pharmacogenomics Journal 4: 388-393 (2004)を参照されたい。既に高血圧の治療のために承認されているメカミラミン(mecamylamine)は古典的非競合的ニコチン性受容体アンタゴニストであり、イオンチャネルを遮断することにより受容体機能を阻害することがよく知られている。Giniatullin, R.A., Sokolova, E.M., Di Angelantonio, S., Skorinkin, A., Talantova, M.V., Nistri, A. Rapid Relief of Block by Mecamylamine of Neuronal Nicotinic Acetylcholine Receptors of Rat Chromaffin Cells In Vitro: An Electrophysiological and Modeling Study. Molecular Pharmacology 58: 778-787 (2000)を参照されたい。

Arias, H. R., Biochimica et Biophysica Acta - Reviews on Biomembranes 1376: 173-220 (1998) Arias, H. R. et al., Current Protein & Peptide Science 6: 451-472 (2005) Arias, H.R. et al., The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 38: 1254-1276 (2006) Dilger, J. P. et al., Journal General Physiology 109: 401-414 (1997) Arias, H. R. et al., Neuroscience and Biobehavioral Reviews 23: 817-843 (1999) Arias, H. R. et al., Mini Reviews in Medicinal Chemistry 2: 385-410 (2002) Connolly, J. et al., British Journal of Pharmacology 105: 657-666 (1992) Flood, P. et al., Anesthesiology 92: 1418-1425 (2000) Ho, K. K. et al., Anesthesiology 100: 657-662 (2004) Krasowski, M. D. et al., Cellular and Molecular Life Sciences 55: 1278-1303 (1999) Buisson, B. et al., Molecular Pharmacology 53: 555-563 (1998) Gumilar, F. et al., Neuropharmacology 45: 964-76 (2003) Garcia-Colunga, J. et al., Proceedings of the National Academy of Sciences USA 94: 2041-2044 (1997) Garcia-Colunga, J. et al., The Pharmacogenomics Journal 4: 388-393 (2004) Giniatullin, R.A. et al., Molecular Pharmacology 58: 778-787 (2000)

本発明は、式I：

[式中、
R¹およびR²のそれぞれは個々に、H、C_1-6アルキル、もしくはアリール置換C_1-6アルキルであり、またはR¹およびR²はそれらが結合する窒素原子と一緒になって3〜8員環を形成し、該環は場合によりC_1-6アルキル、アリール、C_1-6アルコキシ、またはアリールオキシ置換基により置換されていてもよく；
R³は、H、C_1-6アルキル、ヒドロキシ置換C_1-6アルキル、またはC_1-6アルコキシ置換C_1-6アルキルであり；
R⁴、R⁵、R⁶、およびR⁷のそれぞれは個々に、H、C_1-6アルキル、またはC_1-6アルコキシであり；
それぞれのR⁸は個々に、H、C_1-6アルキル、またはC_1-6アルコキシであり；
それぞれのR⁹は個々に、H、C_1-6アルキル、またはC_1-6アルコキシであり；
それぞれのL¹およびL²は個々に、CR¹⁰R¹¹、CR¹⁰R¹¹CR¹²R¹³、およびOからなる群より選択されるリンカー種であり；
R¹⁰、R¹¹、R¹²、およびR¹³のそれぞれは個々に、水素またはC_1-6アルキルである]
の化合物、またはその製薬上許容される塩を含む。

本発明は、本発明の化合物またはその製薬上許容される塩を含む医薬組成物を含む。本発明の医薬組成物は多種多様な状態または障害を治療または予防するために使用することができ、特にそれらの障害はニコチン性コリン作動性神経伝達の機能不全またはニコチン性コリン作動性ニューロンの変性を特徴とするものである。

本発明は、CNS障害およびCNS機能不全などの障害および機能不全を治療または予防するための方法、ならびにそのような治療を必要とする哺乳動物におけるある種の状態を治療または予防するための方法、例えば疼痛、高血圧、および炎症を緩和するための方法を含む。該方法は、治療的有効量の本発明の化合物（その塩を含む）、または該化合物を含む医薬組成物を被験体に投与することを含む。

I. 化合物
本発明の一実施形態は、式I：

一実施形態において、化合物は、N,7a-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミンおよびその立体異性体、またはその製薬上許容される塩からなる群より選択される。

一実施形態において、化合物は、(3aS,4S,7R,7aS)-N,7a-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミンまたはその製薬上許容される塩である。

一実施形態において、化合物は、(3aR,4R,7S,7aR)-N,7a-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミンまたはその製薬上許容される塩である。

本発明の一態様は、本発明の化合物および製薬上許容される担体を含む医薬組成物を含む。

本発明の一態様は、特に非競合的モジュレーター（例えば非競合的アンタゴニスト）（チャネルブロッカーを含むがそれに限定されない）の使用を通した、ニューロンニコチン性受容体により仲介される疾患または状態を治療または予防するための方法であって、本発明の化合物の投与を含む前記方法を含む。一実施形態において、疾患または状態はCNS障害である。別の実施形態において、疾患または状態は炎症または炎症反応である。別の実施形態において、疾患または状態は疼痛である。別の実施形態において、疾患または状態は血管新生である。別の実施形態において、疾患または状態は高血圧である。別の実施形態において、疾患または状態は本明細書に記載される別の障害である。

本発明の一態様は、特にチャネルブロッカーなどの非競合的アンタゴニストの使用を通した、ニューロンニコチン性受容体により仲介される疾患または状態の治療または予防のための医薬の調製のための、本発明の化合物の使用を含む。一実施形態において、疾患または状態はCNS障害である。別の実施形態において、疾患または状態は炎症または炎症反応である。別の実施形態において、疾患または状態は疼痛である。別の実施形態において、疾患または状態は血管新生である。別の実施形態において、疾患または状態は高血圧である。別の実施形態において、疾患または状態は本明細書に記載される別の障害である。

本発明の一態様は、活性治療物質として使用するための本発明の化合物を含む。したがって、一態様は、特にチャネルブロッカーなどの非競合的アンタゴニストの使用を通した、ニューロンニコチン性受容体により仲介される疾患または状態の治療または予防において使用するための本発明の化合物を含む。一実施形態において、疾患または状態はCNS障害である。別の実施形態において、疾患または状態は炎症または炎症反応である。別の実施形態において、疾患または状態は疼痛である。別の実施形態において、疾患または状態は血管新生である。別の実施形態において、疾患または状態は高血圧である。別の実施形態において、疾患または状態は本明細書に記載される別の障害である。

特定の疾患または状態としては、うつ病（大うつ病性障害を含む）、高血圧、過敏性腸症候群(IBS)（IBS-D（下痢優勢型）を含む）、過活動膀胱(OAB)、および嗜癖（禁煙を含む）が挙げられる。

本発明の範囲は、態様および実施形態のすべての組合せを含む。

以下の定義は、定義される用語を明確にするためのものであって、限定するためのものではない。本明細書において使用される特定の用語が特に定義されていない場合には、その用語が不明確であると見なされるべきではない。そうではなく、用語はそれらの容認された意味の範囲内で使用される。

本明細書全体を通して使用される場合、炭素原子などの原子の好ましい数は、例えば、「C_x-yアルキル」という表現により表され、これは特定された数の炭素原子を有する本明細書に定義される通りのアルキル基を指す。他の好ましい用語および範囲に対しても同様の用語が適用される。したがって、例えば、C_1-6アルキルは1〜6個の炭素原子を有する直鎖または分枝鎖炭化水素を表す。

本明細書において使用される場合、用語「アルキル」は直鎖または分枝鎖炭化水素を指し、これは場合により置換されていてもよく、多重置換度が許容される。本明細書において使用される「アルキル」の例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、イソブチル、n-ブチル、tert-ブチル、イソペンチル、およびn-ペンチルが挙げられるが、これらに限定されない。

本明細書において使用される場合、用語「メチレン」、「エチレン」、および「エテニレン」は、2価の形態-CH₂-、-CH₂-CH₂-、および-CH=CH-を指す。

本明細書において使用される場合、用語「アリール」は、単一のベンゼン環または縮合ベンゼン環系を指し、これは場合により置換されていてもよく、多置換度が許容される。使用される「アリール」基の例としては、フェニル、2-ナフチル、1-ナフチル、アントラセン、およびフェナントレンが挙げられるが、これらに限定されない。好ましいアリール環は5〜10員環である。

本明細書において使用される場合、用語「アリール」に包含される縮合ベンゼン環系には、最大数未満の非集積二重結合を有する環式炭化水素、例えば飽和炭化水素環（シクロペンチル環などのシクロアルキル）が芳香環（ベンゼン環などのアリール）と縮合して、例えばインダニルおよびアセナフタレニルなどの基を形成している縮合多環式炭化水素が含まれ、非限定的な例として、ジヒドロナフタレンおよびテトラヒドロナフタレンなどの基が挙げられる。

本明細書において使用される場合、用語「アルコキシ」は、基-OR^aを指し、ここでR^aは本明細書において定義される通りのアルキルである。

本明細書において使用される場合、用語「アリールオキシ」は基-OR^aを指し、ここでR^aは本明細書において定義される通りのアリールである。

本明細書において使用される場合、「アミノ」は基-NR^aR^bを指し、ここでR^aおよびR^bのそれぞれは水素である。さらに、「置換アミノ」は基-NR^aR^bを指し、ここで、R^aおよびR^bのそれぞれは個々にアルキル、アリールアルキルまたはアリールである。本明細書において使用される場合、R^aまたはR^bのいずれかが水素以外である場合、そのような基は「置換アミノ」と呼ぶことができ、または、例えば、R^aがHであり、R^bがアルキルである場合には「アルキルアミノ」と呼ぶことができる。

本明細書において使用される場合、用語「製薬上許容される」は、製剤の他の成分と混合可能であり、医薬組成物の受容者に対して有害でない、担体、希釈剤、賦形剤または本発明の化合物の塩形態を指す。

本明細書において使用される場合、用語「医薬組成物」は、場合により1種以上の製薬上許容される担体、希釈剤、または賦形剤と混合された本発明の化合物を指す。好ましくは、医薬組成物は、製造および商品化の目的に適合させるために環境条件に対してある程度の安定性を示す。

本明細書において使用される場合、用語「有効量」、「治療量」、および「有効用量」は、所望の薬理効果または治療効果を引き出し、障害の効果的な治療をもたらすのに十分な本発明の化合物の量を指す。障害の治療は、障害の開始または進行ならびに障害に伴う症状の開始または進行の遅延または予防として現れる可能性がある。また、障害の治療は、症状の減少または除去、障害の進行の反転、ならびに患者の健康に対する何らかの他の寄与として現れる可能性もある。

有効用量は、患者の状態、障害の症状の重篤度、および医薬組成物を投与する方式などの要因に依存して変化し得る。典型的には、有効用量で投与するために、化合物は、患者体重あたり5 mg/kg未満の量で投与することができる。化合物は、患者体重あたり約1 mg/kg未満〜患者体重あたり約100μg/kg未満の量で、さらに患者体重あたり約1μg/kg〜100μg/kg未満の量で投与することができる。前記有効用量は、典型的には、一回量として、または24時間に渡って投与し得る一回量もしくは多回量として、投与することができる量を表す。

本発明の化合物は、確立された合成法を含む種々の方法により製造することができる。一般合成法の例を下に記載した後、実施例において本発明の特定の化合物を調製する。

下記の実施例において、合成化学の一般原則に従って必要である場合には、感応性または反応性の基に対する保護基を使用する。保護基は有機合成の標準的方法に従って取り扱う（T. W. Green and P. G. M. Wuts (1999) Protecting Groups in Organic Synthesis, 3rd Edition, John Wiley & Sons、保護基に関して参照により本明細書に組み込まれる）。これらの基は、化合物合成の適当な段階において、当業者に公知の方法を用いて除去される。方法ならびに反応条件およびそれらの実行の順序の選択は本発明の化合物の調製と整合するものでなければならない。

また、本発明は、本発明の化合物の調製方法と共に、本発明の化合物の調製における中間物質として有用な化合物の合成方法を提供する。

前記化合物は容易に入手可能な出発物質および試薬を用いて、下記の方法に従って調製することができる。これらの反応において、当業者に公知であるが本明細書に詳細に記載されていない別法を使用してもよい。

他に記載しない限り、本明細書に記載される構造は、1以上の同位体標識原子が存在する点でのみ異なる化合物をも含むことが意図される。水素原子を重水素またはトリチウムに置き換えた、または炭素原子を¹³C-または¹⁴C-濃縮炭素に置き換えた点以外は本構造を有する化合物は本発明の範囲に含まれる。例えば、重水素は、生物活性化合物の薬物動態および代謝を試験するために広く使用されている。重水素は化学的視点からは水素と同様の挙動を示すが、重水素-炭素結合と水素-炭素結合とでは結合エネルギーおよび結合距離に有意の差異が存在する。その結果、生物活性化合物中の水素を重水素により置き換えることにより、一般にその生物学的効力および選択性を保持するが、異性体を含まないものと比較して有意に異なる吸収、分布、代謝、および／または排泄(ADME)特性を示す化合物が得られる可能性がある。したがって、重水素置換は、いくつかの生物活性化合物に改善された薬物有効性、安全性、および／または耐容性をもたらす可能性がある。

本発明の化合物は、多形として知られる特徴である2種以上の形態で結晶化する可能性があり、このような多形形態（「多形」）は本発明の範囲に含まれる。多形現象は一般に温度、圧力またはその両方における変化に対する応答として生じ得る。多形現象は結晶化工程における変化の結果としても生じ得る。多形はX線回折パターン、溶解度、および融点などの当業者に公知の種々の物理的特徴により識別することができる。

本明細書に記載されるある種の化合物は、1以上のキラル中心を有し、または他の方法により複数の立体異性体として存在することが可能である。本発明の範囲には、立体異性体の混合物、ならびに精製されたエナンチオマー、またはエナンチオマー／ジアステレオマーが濃縮された混合物が含まれる。また、本発明の式により表される化合物の個々の異性体、ならびにそれらの任意の完全にまたは部分的に平衡化された混合物も本発明の範囲に含まれる。また、本発明には、上記の式により表される化合物の個々の異性体と、1個以上のキラル中心が反転されたその異性体との混合物が含まれる。

化合物が単一のエナンチオマーであることが望まれる場合には、これは立体選択的合成により、最終生成物もしくは任意の適当な中間物質の分割により、または当業者に公知のキラルクロマトグラフィー法により、得ることができる。最終生成物、中間物質、または出発物質の分割は、当業者に公知の任意の好適な方法によりおこなうことができる。例えば、Stereochemistry of Organic Compounds (Wiley-Interscience, 1994)を参照されたい。

本明細書において、立体化学的命名は、PCT/US2011/037634（参照により本明細書に組み込まれる）に開示される通りの化合物の溶離の順序に従って指定される。

本発明は、本明細書に記載される化合物の塩または溶媒和物（溶媒和物または塩などのそれらの組合せも含まれる）を含む。本発明の化合物は、溶媒和、例えば水和された形態ならびに溶媒和されない形態で存在することが可能であり、本発明はそれらの形態のすべてを包含する。

典型的には、とはいえ絶対的ではないが、本発明の塩は製薬上許容される塩である。用語「製薬上許容される塩」に包含される塩は、本発明の化合物の無毒の塩を指す。

好適な製薬上許容される塩の例としては、塩化物、臭化物、硫酸塩、リン酸塩、および硝酸塩などの無機酸付加塩；酢酸塩、ガラクタル酸塩、プロピオン酸塩、コハク酸塩、乳酸塩、グリコール酸塩、リンゴ酸塩、酒石酸塩、クエン酸塩、マレイン酸塩、フマル酸塩、メタンスルホン酸塩、p-トルエンスルホン酸塩、およびアスコルビン酸塩などの有機酸付加塩；アスパラギン酸塩およびグルタミン酸塩などの酸性アミノ酸の塩；ナトリウム塩およびカリウム塩などのアルカリ金属塩；マグネシウム塩およびカルシウム塩などのアルカリ土類金属塩；アンモニウム塩；トリメチルアミン塩、トリエチルアミン塩、ピリジン塩、ピコリン塩、ジシクロヘキシルアミン塩、およびN,N'-ジベンジルエチレンジアミン塩などの有機塩基塩；ならびにリジン塩およびアルギニン塩などの塩基性アミノ酸の塩が挙げられる。塩は、ある場合には水和物またはエタノール溶媒和物であってもよい。

有機化学の当業者は、多くの有機化合物に2つ以上の組織名が与えられる可能性があることを理解するであろう。例えば、本発明の代表的化合物であり、スキーム1に示される化合物VIIは、N,7a-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミンと命名することができる。化合物VIIは、3,7a-ジメチルヘキサヒドロ-4,7-メタノインダン-3a-アミンまたはN,6-ジメチルトリシクロ[5.2.1.0^2,6]デカン-2-アミンとも命名することができる。本発明の範囲は、化合物に関して起こり得る複数の可能な命名規則に起因して明白さを欠くと見なされてはならない。

II. 一般的合成法
有機合成の当業者は、本発明の化合物を製造する複数の手段ならびに種々の用途に適切な放射性同位元素により標識された本発明の化合物を製造する手段が存在することを理解するであろう。

本発明の化合物を製造する1つの手段の概要をスキーム1に記載する。スキーム1において、有機合成の当業者に周知の技術を用いて、ノルカンファー(2-ノルボルナノン)をカルボニル官能基の隣の位置でアルキル化することができる。典型的には、このような変換には、ケトンを強塩基（例えば、水素化ナトリウム、ナトリウムアルコキシド、ナトリウムアミド）により処理してエノレート中間物質を形成した後、ハロゲン化アルキルまたはスルホン酸アルキルにより処理する方法が使用される。ある種の条件下では、アルキル化はα,ω-ジハロアルカン（例えば、1,3-ジブロモプロパン）を用いて、スピロ結合を形成するようにおこなうことができる。スキーム1はスピロシクロブタン(化合物II)の形成を示すが、他のα,ω-ジハロアルカンを使用することにより、他の環サイズ（例えばスピロシクロペンタン）もこの方法で合成可能である。次に、Wittig（または同等の）化学を使用してカルボニル官能基を環外メチレン(化合物III)に変換することができる。エキソメチレン化合物を強酸の存在下でシアン化水素（または、チオシアネートなどの同様の試薬）により処理すると、Ritter反応として知られる工程で対応する第三級ホルムアミド化合物(化合物IV中のように)が得られる。発明者らは、ある種の反応条件下で、化合物IVおよびVの両方が形成されるが、別の特定の条件下では化合物Vが主生成物であることを発見した。化合物Vはおそらくカルボカチオン転移過程から形成される。ホルムアミド化合物を、混合物（スピロおよび縮合物）としてまたは単独で、水素化アルミニウムリチウムまたは水素化ビス(メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウムなどの水素化物還元剤を用いて還元することにより、対応する第二級アミン（それぞれ化合物VIおよびVII）が得られる。

本発明の化合物を製造するための別の方法はDiels-Alder反応を利用する。スキーム2に示す通り、シクロペンタジエンとシクロペンテニルジエノフィル（例えば、アルキルシクロペンテン-1-カルボキシレート）との反応によりDiels-Alder付加物（それぞれ、化合物XおよびVIII）が得られ、それらは容易に本発明の化合物に変換される。このようなDiels-Alder反応は文献に報告されている。例えば、Deleens et al., Tetrahedron Lett. 43: 4963-4968 (2002)および米国特許第5,811,610号を参照されたい。化合物VIIIの化合物IXへの変換は、アルケンの還元（触媒的水素化条件を用いる）およびエステルの加水分解（塩基水溶液を用いる）を順次おこなうことにより達成することができる。同様に、化合物Xの化合物XIへの変換は、アルケンの還元（触媒的水素化条件を用いる）およびニトロ基の還元（塩酸水溶液中の金属スズまたは鉄を用いる）を順次おこなうことにより達成することができる。あるいは、両方の還元を触媒的水素化により同時におこなうことも可能であろう。化合物IXは、Koch and Haaf, Liebigs Ann. Chem. 638: 111-121 (1960)に記載される通りに、化合物XIに変換することも可能である。この参照文献にはジシクロペンタジエンからの化合物IXの合成も記載されている。対応するアジドを中間物質とする化合物XIの別の合成法が、Zhdankin et al., J. Amer. Chem. Soc. 118: 5192-5197 (1996)に記載されている。

上およびスキーム2に記載した反応が、ある種の置換基を有する場合にも実施可能であることが有機合成の当業者に理解されるであろう。したがって、化合物VIII、IXおよびXの置換された形を中間物質として、化合物XIの置換された形を製造することができる。最も適切な置換基はDiels-Alder反応およびそれに続く化合物XIを形成する反応に適合するものである。Diels-Alder反応の構成要素（ジエンおよびジエノフィル）の反応性はこのような置換基の存在により大きな影響を（プラスにまたはマイナスに）受け得るので、当業者は前記置換基の数および配置の重要性を理解するであろう。したがって、それらがジエン成分またはジエノフィル成分のいずれかのどの位置に存在するかに依存して、このような置換基には、アルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アルコキシカルボニル（カルボアルコキシ）、ニトロおよびニトリル基が含まれる。

Diels-Alder反応は、種々の環式ジエンおよび環式ジエノフィルを使用しても実施可能である。そこで、Diels-Alder付加物である化合物XII（スキーム2）は、フランとアルキルシクロペンテン-1-カルボキシレートとを反応させることにより製造することができる（Butler et al., Synlett 1: 98-100 (2000)により報告された化学と同様）。化合物XIIIは、1,3-シクロヘキサジエンと1-ニトロシクロペンテンまたはその誘導体とを反応させることにより製造することができ（Fuji et al., Tetrahedron: Asymmetry 3: 609-612 (1992)により報告された化学と同様）、化合物XIVはシクロペンタジエンと1-ニトロシクロヘキセンまたはその誘導体との反応により製造することができる（Deleens et al., Tetrahedron Lett. 43: 4963-4968 (2002)により報告された化学と同様）。次に、上記の化学または他の同様の化学を用いて化合物XII、XIIIおよびXIVを本発明の化合物にさらに変換することができる。

化合物XIなどの第一級アミンは、アミドおよびカルバメートを中間物質として第二級アミンに変換することができる。したがって、化合物XIをジ-tert-ブチルジカルボネートおよび水素化アルミニウムリチウムにより順次処理することにより、対応するN-メチル誘導体が製造される。このような工程は第二級アミンを第三級アミンに変換するためにも使用することができる。本発明は第一級、第二級および第三級アミン化合物を含む。

特定の放射性同位元素を組み入れることも可能である。例えば、アミドおよびカルバメートを重水素化アルミニウムリチウムまたはトリチウム化アルミニウムリチウム還元剤により還元することにより、N-三重水素化メチルまたはN-三トリチウム化メチルアミンを製造することができる。あるいは、カルボニル炭素が¹¹C、¹³C、または¹⁴C原子であるアミドまたはカルバメートを生成した後に水素化アルミニウムリチウムにより還元すると、それぞれ¹¹C、¹³C、または¹⁴C原子が組み込まれたアミンが製造される。特定の放射性同位元素の組込みは、診断設定において（例えば、造影剤として）または機能および代謝研究において使用するための化合物の調製においてしばしば望まれる。

III. 医薬組成物
本発明の化合物は原末の活性化学物質の形態で投与することが可能であるが、該化合物を医薬組成物または製剤の形態で投与することが好ましい。したがって、本発明の一態様は、1種以上の式Iの化合物および／またはその製薬上許容される塩ならびに1種以上の製薬上許容される担体、希釈剤、または賦形剤を含む医薬組成物を含む。本発明の別の態様は、1種以上の式Iの化合物および／またはその製薬上許容される塩と1種以上の製薬上許容される担体、希釈剤、または賦形剤とを混合することを含む医薬組成物の調製方法を提供する。

本発明の化合物を投与する方式はさまざまであり得る。本発明の化合物は好ましくは経口投与される。経口投与に好ましい医薬組成物としては、錠剤、カプセル剤、カプレット剤、シロップ剤、溶液、および懸濁液が挙げられる。本発明の医薬組成物は、持続放出錠剤およびカプセル製剤などの放出調節剤形として提供されてもよい。

医薬組成物は、注入により、すなわち、静脈内、筋肉内、皮下、腹腔内、動脈内、髄腔内、および脳室内投与することも可能である。静脈内投与が注入の好ましい方法である。注入のための好適な担体は当業者に周知であり、5%ブドウ糖溶液、生理食塩水、およびリン酸緩衝食塩水が挙げられる。

また、製剤は他の手段、例えば、直腸内投与を用いて投与してもよい。坐剤などの直腸内投与に有用な製剤は当業者に周知である。化合物は、吸入により、例えばエアロゾルの形態で；局所的に、例えばローション剤の形態で；経皮的に、例えば経皮パッチを用いて（例えば、NovartisおよびAlza Corporationより市販されている技術を用いることにより）、粉末注射により、または口腔内、舌下、もしくは鼻腔内吸収により、投与することができる。

医薬組成物は、単位用量形態で、または複数回用量もしくはサブユニット用量で製剤することができる。

本明細書に記載される医薬組成物の投与は、断続的であってよく、または段階的、連続的、一定のもしくは制御された速度であってもよい。医薬組成物は温血動物、例えばマウス、ラット、ネコ、ウサギ、イヌ、ブタ、ウシ、またはサルなどの哺乳動物に投与することができるが、有利には人類に投与される。さらに、医薬組成物が投与される1日のうちの時間および1日あたりの投与回数はさまざまであり得る。

本発明の化合物は種々の障害および状態の治療に使用することができ、その際に、それらの障害または状態の治療または予防に有用な種々の他の好適な治療薬と併用することができる。したがって、本発明の一実施形態は、他の治療化合物と組み合わせた本発明の化合物の投与を含む。例えば、本発明の化合物は、他のNNRリガンド（例えば、バレニクリン(varenicline)）、NNRのアロステリックモジュレーター、抗酸化剤（例えば、フリーラジカル補足剤）、抗菌薬（例えば、ペニシリン系抗生物質）、抗ウイルス薬（例えば、ジドブジン(zidovudine)およびアシクロビル(acyclovir)のようなヌクレオシド類似物）、抗凝血薬（例えば、ワルファリン(warfarin)）、抗炎症薬（例えば、NSAID）、解熱薬、鎮痛薬、麻酔薬（例えば手術に使用されるもの）、アセチルコリンエステラーゼ阻害剤（例えば、ドネペジル(donepezil)およびガランタミン(galantamine)）、抗精神病薬（例えば、ハロペリドール(haloperidol)、クロザピン(clozapine)、オランザピン(olanzapine)、およびクエチアピン(quetiapine)）、免疫抑制薬（例えば、シクロスポリン(cyclosporin)およびメトトレキセート(methotrexate)）、神経保護薬、ステロイド（例えば、ステロイドホルモン）、コルチコステロイド（例えば、デキサメタゾン(dexamethasone)、プレジソン(predisone)、およびヒドロコルチゾン(hydrocortisone)）、ビタミン、無機質、栄養補助食品、抗うつ薬（例えば、イミプラミン(imipramine)、フルオキセチン(fluoxetine)、パロキセチン(paroxetine)、エスシタロプラム(escitalopram)、セルトラリン(sertraline)、ベンラファキシン(venlafaxine)、およびデュロキセチン(duloxetine)）、抗不安薬（例えば、アルプラゾラム(alprazolam)およびブスピロン(buspirone)）、抗けいれん薬（例えば、フェニトイン(phenytoin)およびガバペンチン(gabapentin)）、血管拡張薬（例えば、プラゾシン(prazosin)およびシルデナフィル(sildenafil)）、気分安定薬（例えば、バルプロエート(valproate)およびアリピプラゾール(aripiprazole)）、抗癌剤（例えば、細胞増殖阻害薬）、降圧薬（例えば、アテノロール(atenolol)、クロニジン(clonidine)、アムロピジン(amlopidine)、ベラパミル(verapamil)、およびオルメサルタン(olmesartan)）、緩下剤、便軟化剤、利尿剤（例えば、フロセミド(furosemide)）、鎮痙薬（例えば、ジサイクロミン(dicyclomine)）、抗ジスキネジア薬、および抗潰瘍薬（例えば、エソメプラゾール(esomeprazole)）と併用することができる。このような医薬活性剤の組合せは一緒にまたは別々に投与することができ、別々に投与する場合、投与は同時にまたは連続的に、任意の順序でおこなうことができる。化合物または薬剤の量および投与の相対的タイミングは所望の治療効果が達成されるように選択される。本発明の化合物と他の治療薬との併用投与は、(1)両方の化合物を含む単一の医薬組成物；または(2)それぞれ一方の化合物を含む別々の医薬組成物として、同時に投与することにより組み合わせることができる。あるいは、組合せは、一方の治療薬を最初に投与し、他方を次に投与する連続的方式で別々に投与してもよい。このような連続的投与は近い時間でおこなわれても離れた時間でおこなわれてもよい。

本発明の別の態様は、被験体に治療的または予防的有効量の本発明の化合物および1種以上の他の治療（化学療法、放射線療法、遺伝子療法、または免疫療法を含む）を投与することを含む併用療法を含む。

IV. 医薬組成物を使用する方法
本発明の化合物は、CNS障害、炎症、細菌および／またはウイルス感染に伴う炎症反応、疼痛、メタボリックシンドローム、自己免疫疾患、嗜癖、肥満または本明細書にさらに詳細に記載される他の障害などの、他のタイプのニコチン様化合物が治療薬として提案されているまたは有用であることが示されている種々の状態または障害の予防または治療のために使用することができる。この化合物は診断薬（in vitroおよびin vivo）としても使用することができる。このような治療上のおよび他の教示は、例えば、Williams et al., Drug News Perspec. 7(4): 205 (1994), Arneric et al., CNS Drug Rev. 1(1): 1-26 (1995), Arneric et al., Exp. Opin. Invest. Drugs 5(1): 79-100 (1996), Bencherif et al., J. Pharmacol. Exp. Ther. 279: 1413 (1996), Lippiello et al., J. Pharmacol. Exp. Ther. 279: 1422 (1996), Damaj et al., J. Pharmacol. Exp. Ther. 291: 390 (1999); Chiari et al., Anesthesiology 91: 1447 (1999), Lavand'homme and Eisenbach, Anesthesiology 91: 1455 (1999), Holladay et al., J. Med. Chem. 40(28): 4169-94 (1997), Bannon et al., Science 279: 77 (1998)、PCT WO 94/08992、PCT WO 96/31475、PCT WO 96/40682、ならびに米国特許第5,583,140号(Bencherif et al.)、第5,597,919号(Dull et al.)、第5,604,231号(Smith et al.)および第5,852,041号(Cosford et al.)を含む、本明細書において上に挙げた参照文献に記載されている。

CNS障害
本発明の化合物およびその医薬組成物は、神経変性疾患、神経精神疾患、神経障害、および嗜癖を含む種々のCNS障害の治療または予防に有用である。本発明の化合物およびその医薬組成物は、加齢に伴うまたは他の認知障害および機能不全；感染因子または代謝障害に起因するものを含む注意障害および認知症を治療または予防するために；神経保護を提供するために；痙攣および多発性脳梗塞を治療するために；気分障害、強迫行為および嗜癖行動を治療するために；鎮痛を提供するために；サイトカインおよび核内因子カッパBにより仲介されるものなどの炎症を制御するために；炎症性疾患を治療するために；痛みの緩和を提供するために；ならびに細菌、真菌およびウイルス感染を治療するための抗感染剤として感染症を治療するために、使用することができる。本発明の化合物および医薬組成物を治療または予防のために使用することができる障害、疾患および状態としては、加齢に伴う記憶障害(AAMI)、軽度認知障害(MCI)、加齢に伴う認知機能低下(ARCD)、初老期認知症、早発性アルツハイマー病、老人性認知症、アルツハイマー型認知症、アルツハイマー病、認知症でない認知障害(CIND)、レビー小体型認知症、HIV認知症、AIDS認知症複合、血管性認知症、ダウン症候群、頭部外傷、外傷性脳損傷(TBI)、ボクサー痴呆、クロイツフェルト・ヤコブ病およびプリオン病、脳卒中、中枢性虚血、末梢性虚血、注意欠陥障害、注意欠陥多動性障害、失読症、統合失調症、統合失調症様障害、統合失調感情障害、統合失調症における認知機能障害、統合失調症における認知障害、パーキンソン病、脳炎後パーキンソニズム、Gaumのパーキンソニズム認知症(parkinsonism-dementia of Gaum)、パーキンソン型前頭側頭型認知症(FTDP)、ピック病、ニーマンピック病、ハンチントン病、ハンチントン舞踏病、ジスキネジア、遅発性ジスキネジア、痙性ジストニア、運動亢進、進行性核上性麻痺、進行性核上性不全麻痺、むずむず脚症候群、クロイツフェルト・ヤコブ病、多発性硬化症、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、運動ニューロン疾患(MND)、多系統萎縮症(MSA)、大脳皮質基底核変性症、ギラン・バレー症候群(GBS)、および慢性炎症性脱髄性多発性神経障害(CIDP)を含むパーキンソニズム、てんかん、常染色体優性夜間前頭葉てんかん、躁病、不安、大うつ病性障害(MDD)を含むうつ病、月経前神経不安、パニック障害、過食症、食欲不振、ナルコレプシー、日中の過剰な眠気、双極性障害、全般性不安障害、強迫性障害、怒りの爆発、行為障害、反抗挑戦性障害、トゥレット症候群、自閉症、薬物およびアルコール依存症、タバコ依存症が挙げられ、そのため、禁煙、強制過食および性機能障害のための薬物として有用である。

認知障害または認知機能障害は、精神病、統合失調症様障害、統合失調感情障害、妄想性障害、短期精神病、共有精神病性障害、および全身病状に起因する精神病を含むがこれらに限定されない統合失調症および他の精神病；軽度認知障害、初老期認知症、アルツハイマー病、老人性認知症、アルツハイマー型認知症、加齢に伴う記憶障害、レビー小体型認知症、血管性認知症、AIDS認知症複合、失読症を含むがこれらに限定されない認知症および他の認知障害；パーキンソン病、認知障害およびパーキンソン病の認知症を含むパーキンソニズム；多発性硬化症の認知障害；外傷性脳損傷により引き起こされる認知障害；他の全身病状に起因する認知症；広場恐怖症を伴わないパニック障害、広場恐怖症を伴うパニック障害、パニック障害の病歴のない広場恐怖症、単一恐怖、社会恐怖症、強迫性障害、心的外傷後ストレス障害、急性ストレス障害、全般性不安障害および全身病状に起因する全般性不安障害を含むがこれらに限定されない不安障害；大うつ病性障害、気分変調性障害、双極性うつ病、双極性躁病、双極性I型障害、躁病を伴ううつ病、うつ病もしくは混合エピソード、双極性II型障害、気分循環性障害、および全身病状に起因する気分障害を含むがこれらに限定されない気分障害；睡眠異常障害、原発性不眠症、原発性過眠症、ナルコレプシー、睡眠時随伴性障害、悪夢障害、夜驚症および夢遊病を含むがこれらに限定されない睡眠障害；精神遅滞；学習障害；運動能力障害；コミュニケーション障害；広汎性発達障害；注意欠陥および破壊的行動障害；注意欠陥障害；注意欠陥多動性障害；乳児、小児、または成人の摂食障害；チック障害；排泄障害；物質依存症、物質乱用、物質中毒、物質禁断症状、アルコール関連障害、アンフェタミンまたはアンフェタミン様物質関連障害、カフェイン関連障害、大麻関連障害、コカイン関連障害、幻覚剤関連障害、吸入剤関連障害、ニコチン関連障害、オピオイド関連障害、フェンシクリジンまたはフェンシクリジン様物質関連障害、および鎮静薬、催眠薬または抗不安薬関連障害を含むがこれらに限定されない物質関連障害；強迫性人格障害および衝動制御障害を含むがこれらに限定されない人格障害などの、精神障害または精神状態を伴う可能性がある。

認知能力は、例えばアルツハイマー病評価スケール(ADAS-cog)の認知サブスケールなどの、検証された認知スケールにより評価することができる。本発明の化合物の認知改善における有効性の1つの測定法は、このようなスケールにより患者の変化の程度を測定することを含む。

強制および嗜癖行動に関して、本発明の化合物を、禁煙のための薬剤を含むニコチン依存症の治療として、ならびにアルコール依存症、違法薬物および処方薬依存症を含む物質乱用、肥満を含む摂食障害、および賭博などの行動嗜癖または他の同様の嗜癖の行動的兆候などの他の脳報酬障害の治療として、使用することができる。

上記の状態および障害は、例えば、the American Psychiatric Association: Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, Fourth Edition, Text Revision, Washington, DC, American Psychiatric Association, 2000においてさらに詳細に論じられている。また、この便覧には物質の使用、乱用および依存に伴う症状および診断的特徴についてより詳細に言及されている。

炎症
神経系は、主に迷走神経を通して、マクロファージ腫瘍壊死因子(TNF)の放出を阻害することにより先天性免疫応答の大きさを調節することが知られている。この生理的メカニズムは「コリン作動性抗炎症経路」として知られている（例えば、Tracey, “The Inflammatory Reflex,” Nature 420: 853-9 (2002)を参照されたい）。過度の炎症および腫瘍壊死因子合成は、種々の疾患において病的状態を引き起こし、さらには死さえも引き起こす。これらの疾患としては、内毒血症、関節リウマチ、変形性関節症、乾癬、喘息、アテローム性動脈硬化症、突発性肺線維症および炎症性腸疾患が挙げられるが、これらに限定されない。

本明細書に記載される化合物を投与することにより治療または予防することができる炎症状態としては、慢性および急性炎症、乾癬、内毒血症、痛風、急性偽痛風、急性痛風性関節炎、関節炎、関節リウマチ、変形性関節症、同種移植片拒絶、慢性移植片拒絶、喘息、アテローム性動脈硬化症、単核食細胞依存肺損傷、突発性肺線維症、アトピー性皮膚炎、慢性閉塞性肺疾患、成人呼吸促迫症候群、鎌状赤血球症における急性胸部症候群、炎症性腸疾患、下痢優勢型IBSを含む過敏性腸症候群、クローン病、潰瘍、潰瘍性大腸炎、急性胆管炎、アフタ性口内炎、悪液質、嚢炎、糸球体腎炎、ループス腎炎、血栓症、および移植片対宿主反応が挙げられるが、これらに限定されない。

細菌および／またはウイルス感染に伴う炎症反応
多くの細菌および／またはウイルス感染は、毒素の形成ならびに細菌もしくはウイルスおよび／または毒素に対する体の自然の反応によりもたらされる副作用を伴う。上で論じた通り、感染に対する体の反応はしばしばかなりの量のTNFおよび／または他のサイトカインの生成を伴う。これらのサイトカインの過発現は、敗血症性ショック（細菌が敗血症である場合）、内毒素ショック、尿路性敗血症、ウイルス性肺炎および毒素性ショック症候群などの重大な損傷をもたらす可能性がある。

サイトカインの発現はNNRにより仲介され、これらの受容体のアゴニストまたは部分アゴニストを投与することにより阻害することができる。したがって、これらの受容体のアゴニストまたは部分アゴニストである本明細書に記載される化合物は、細菌感染ならびにウイルスおよび真菌感染に伴う炎症反応を最小化するために使用することができる。このような細菌感染の例としては、炭疽病、ボツリヌス中毒症、および敗血症が挙げられる。これらの化合物のいくつかは抗微生物特性も有し得る。さらに、該化合物は、レイノー病、すなわち、ウイルスに誘導される痛みを伴う末梢血管収縮の治療に使用することができる。

これらの化合物は、抗生物質、抗ウイルス剤および抗真菌剤などの、細菌、ウイルスおよび真菌感染に対処するための既存の治療と組み合わせた補助療法として使用することも可能である。抗毒素も、感染因子により生産される毒素と結合して、結合した毒素が炎症反応を起こさずに体を通過することを可能にするために使用することができる。抗毒素の例は、例えば、米国特許第6,310,043号(Bundle et al.)に開示されている。細菌性毒素および他の毒素に対して有効な他の薬剤が有効である可能性があり、それらの治療効果は本明細書に記載される化合物との共投与により補足される。

疼痛
本発明の化合物は、急性、神経性、炎症性、神経障害性および慢性疼痛を含む疼痛を治療および／または予防するために投与することができる。本発明の化合物は、オピエート依存症の可能性を最小化するためにオピエートと併せて使用することができる（例えば、モルヒネ節約療法）。本明細書に記載される化合物の鎮痛活性は、米国公開特許出願第20010056084 A1号(Allgeier et al.)に記載される通りに実施される持続性炎症性疼痛および神経障害性疼痛のモデル（例えば、炎症性疼痛の完全フロイントアジュバントラットモデルにおける機械的痛覚過敏および神経障害性疼痛のマウス部分座骨神経結紮モデルにおける機械的痛覚過敏）において証明することができる。

前記鎮痛効果は、種々の起源または病因を有する疼痛の治療に、特に炎症性疼痛および関連する痛覚過敏、神経障害性疼痛および関連する痛覚過敏、慢性疼痛（例えば、重症慢性疼痛、手術後痛、および癌、アンギナ、腎疝痛もしくは胆石疝痛、月経、偏頭痛、および痛風を含む種々の状態に伴う疼痛）の治療に適している。炎症性疼痛は、関節炎およびリウマチ様疾患、腱鞘炎および脈管炎を含む、多様な起源のものであり得る。神経障害性疼痛としては、三叉神経痛またはヘルペス神経痛、糖尿病性神経障害性疼痛、灼熱痛、腰痛および求心路遮断症候群（例えば、腕神経叢裂離）などの神経障害が挙げられる。

血管新生
例えばニコチン性受容体のアンタゴニスト（またはある投与量では部分アゴニスト）を投与することによる血管新生の阻害により、望まれない血管新生または血管形成を特徴とする状態を治療または予防することができる。このような状態としては、炎症性血管形成および／または虚血誘発性血管形成を特徴とするものを挙げることができる。腫瘍の成長に伴う血管新生も、本明細書に記載されるニコチン性受容体のアンタゴニストまたは部分アゴニストとして機能する化合物を投与することにより阻害することができる。

ニコチン性受容体の特異的拮抗作用は、炎症、虚血、および異常増殖に対する血管形成反応を減少させる。本明細書に記載される化合物を評価するための適切な動物モデル系に関する指針は、例えば、Heeschen, C. et al., “A novel angiogenic pathway mediated by non-neuronal nicotinic acetylcholine receptors,” J. Clin. Invest. 110(4):527-36 (2002)に記載されている。

本明細書に記載される化合物を用いて治療することができる代表的な腫瘍タイプとしては、SCLC、NSCLC、卵巣癌、膵臓癌(pancreatic cancer)、乳癌、結腸癌、直腸癌、肺癌、中咽頭癌、下咽頭癌、食道癌、胃癌、膵臓癌(pancreas carcinoma)、肝臓癌、胆嚢癌、胆管癌、小腸癌、尿路癌、腎臓癌、膀胱癌、尿路上皮癌、女性生殖管癌、子宮頚癌、子宮癌、卵巣癌、絨毛癌、妊娠性絨毛疾患、男性生殖管癌、前立腺癌、精嚢癌、精巣癌、胚細胞腫瘍、内分泌腺癌、甲状腺癌、副腎癌、脳下垂体癌、皮膚癌、血管腫、黒色腫、肉腫、骨および軟組織肉腫、カポジ肉腫、脳腫瘍、神経腫瘍、眼腫瘍、髄膜腫瘍、星状細胞種、膠腫、神経膠芽細胞腫、網膜芽細胞腫、神経腫、神経芽細胞腫、シュワン腫、髄膜腫、造血器悪性腫瘍から生じる固形腫瘍（例えば、白血病、緑色腫、形質細胞腫ならびに菌状息肉腫および皮膚T細胞リンパ腫／白血病のプラークおよび腫瘍）、ならびにリンパ腫から生じる固形腫瘍が挙げられる。

化合物は他の形態の抗癌治療と併用投与することが可能であり、これには、それ自体は当業者に公知のシスプラチン(cisplatin)、アドリアマイシン(adriamycin)、ダウノマイシン(daunomycin)等などの抗新生物性抗腫瘍薬、および／または抗VEGF（血管内皮成長因子）薬との共投与が含まれる。

化合物はそれらが腫瘍部位を標的とするような方式で投与することができる。例えば、化合物は、微小粒子が腫瘍を標的とするための種々の抗体とコンジュゲートされた小球体、微小粒子またはリポソームに入れて投与することができる。さらに、化合物は、動脈および静脈を通過するが、腫瘍を取り巻く毛細血管床中に留まって、化合物を腫瘍に局所的に投与するのに適切な大きさを有する小球体、微小粒子またはリポソーム中に入れることができる。このような薬物送達装置は当業者に公知である。

他の障害
CNS障害、炎症、および血管新生、および疼痛の治療に加えて、本発明の化合物はNNRが関与するある種の他の状態、疾患、および障害を予防または治療するために使用することができる。例としては、狼瘡などの自己免疫疾患、サイトカイン放出に伴う障害、感染に続発する悪液質（例えば、AIDS、AIDS関連複合および異常増殖において生じるもの）、肥満、天疱瘡(pemphitis)、尿失禁、過活動膀胱(OAB)、下痢、便秘、網膜疾患、感染症、筋無力症、イートン・ランバート症候群、高血圧、子癇前症、骨粗鬆症、血管収縮、血管拡張、不整脈、I型糖尿病、II型糖尿病、過食症、食欲不振および性機能不全、ならびに公開PCT出願WO 98/25619に記載される適応症が挙げられる。また、本発明の化合物は、てんかんの症候であるものなどの痙攣を治療するため、ならびに楊梅瘡およびクロイツフェルト・ヤコブ病などの状態を治療するために投与することができる。

本発明の化合物は、細菌感染および落葉状天疱瘡、尋常性天疱瘡などの皮膚科学的状態、および高い神経節NNR抗体力価を有する自己免疫応答が存在する棘細胞離開などの他の障害を治療するために使用し得る。これらの障害において、および重症筋無力症(Mysthenia Gravis)などの他の自己免疫疾患において、抗体のfabフラグメントがNNR受容体に結合し（2つの受容体を架橋する）、それが内部移行および分解を誘導する。

診断への使用
化合物は、特にそれらが適切な標識を含むように修飾された場合に、プローブなどの診断用組成物において使用することができる。この目的で、本発明の化合物は、最も好ましくは放射性同位元素部分¹¹Cにより標識される。

投与された化合物はポジトロン放出断層撮影法(position emission topography)(PET)を用いて検出することができる。非飽和濃度で選択された受容体サブタイプを可視化するためには高い特異的活性が望まれる。投与される用量は典型的には毒性範囲より低く、高コントラスト画像を提供するものである。化合物は毒性のないレベルで投与可能であることが期待される。用量の決定は放射性標識画像撮影の当業者に公知の方式で実施される。例えば、米国特許第5,969,144号(London et al.)を参照されたい。

化合物は公知の技術を用いて投与することができる。例えば、前記の米国特許第5,969,144号(London et al.)を参照されたい。化合物は、診断用組成物を製剤する際に有用なタイプの成分などの他の成分を組み入れた製剤組成物として投与することができる。本発明の実施において有用な化合物は、最も好ましくは高純度の形態で使用される。米国特許第5,853,696号(Elmalch et al.)を参照されたい。

化合物を被験体（例えば、ヒト被験体）に投与した後、存在、量、および機能を示すために適切な技術により被験体内部の化合物の存在を画像化および定量することができる。ヒトに加えて、化合物はマウス、ラット、イヌ、およびサルなどの動物に投与することもできる。任意の適切な技術および装置を用いてSPECTおよびPET画像化を実施することができる。Villemagne et al., In: Arneric et al. (Eds.) Neuronal Nicotinic Receptors: Pharmacology and Therapeutic Opportunities, 235-250 (1998)および米国特許第5,853,696号(Elmalch et al.)（それぞれが代表的画像化技術の開示に関して参照により本明細書に組み込まれる）を参照されたい。

V. 合成例
実施例1：3-エチルスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オールおよびスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オール
2-ノルボルナノン(ノルカンファー)(74.0 g、0.673 mol)および1,3-ジブロモプロパン(190 g、0.942 mol)のジエチルエーテル(2.2 L)溶液にナトリウムアミド(65.6 g、1.68 mol)を加えて、混合物を24時間還流下で攪拌した。GCMS分析により反応は終了していなかった。追加の0.1当量(13.6 g、67.3 mmol)の1,3-ジブロモプロパンおよび0.5当量(13.0 g、0.336 mol)のナトリウムアミドを加えて、混合物をさらに24時間還流下で攪拌した。反応は依然として終了していなかったので、追加の試薬、還流下の撹拌およびGCMS分析のサイクルをさらに3回繰り返して、その結果、さらに0.15当量の1,3-ジブロモプロパンおよびさらに3.5当量のナトリウムアミドの添加および約40時間の還流をおこなった。最後に、GCMS分析により出発物質が消失したことが示された。反応液を-10℃に冷却して、ゆっくりと（攪拌しながら）水(600 mL)を加えて反応を止めた。撹拌を止め、層を分離した。有機層を1 M塩酸水溶液(100 mL)、水(50 mL)および飽和塩化ナトリウム水溶液(50 mL)により順に洗浄した。次に有機層を水(1500 mL)と混合し、激しく攪拌しながら固体の過マンガン酸カリウム(341 g)を8時間かけて少しずつ加えた。次に、混合物を室温で2日間攪拌し、珪藻土により濾過した。有機層を分離し、水層をエーテル(2×500 mL)により抽出した。有機層を合わせて、飽和塩化ナトリウム水溶液(50 mL)により洗浄し、無水硫酸ナトリウムにより乾燥した。溶媒を蒸発させ、粗生成物(85 g)をシリカゲルカラムにより精製した。選択されたフラクションを濃縮して、スピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オン(29 g、収率29%)を得た。¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz): δ2.55-2.49 (m, 2 H), 2.18-2.08 (m, 2 H), 2.00-1.58 (m, 7 H), 1.49-1.36 (m, 3 H); LCMS (m/z): 151 (M+1)。

スピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オン(27.5 g、0.183 mol)のテトラヒドロフラン(THF)(500 mL)溶液を0℃に冷却し、3 M臭化エチルマグネシウムのエーテル溶液(122 mL、0.366 mol)を、反応混合物の内部温度が5℃未満に維持されるような速度で滴加した（添加時間20分）。得られた溶液を2〜5℃で30分間攪拌した後、室温で20時間攪拌した。反応液を-10℃に冷却し、水(100 mL)を加えて反応を止めた。次に、追加の水(300 mL)および酢酸エチル(300 mL)を加えて、混合物を攪拌した。撹拌を止め、有機層を分離して濃縮した。有機層からの残渣を水層と合わせて、酢酸エチル(3×400 mL)により抽出した。酢酸エチル抽出物を合わせて飽和塩化ナトリウム水溶液(50 mL)により洗浄し、無水硫酸ナトリウムにより乾燥した。溶媒を蒸発させ、粗物質をシリカゲルカラムにより、ヘキサン中0〜10%酢酸エチルで溶離して精製し、3-エチルスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オール(16.2 g、47%)およびスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オール(13.2 g、46%)を無色のオイルとして得た。これらの物質をさらなる精製をおこなわずに次の合成に使用した。

実施例2：(3aS,4S,7R,7aS)-7a-エチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩および(3aR,4R,7S,7aR)-7a-エチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩
500 mLの1口フラスコに3-エチルスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オール(15.3 g、85.0 mmol)およびシアン化ナトリウム(8.33 g、0.170 mol)を入れて、ゴム隔膜により密閉した。バルーンを付けた針を隔膜の中に挿入した。シリンジにより酢酸(28.2 mL、0.493 mol)を加えて、混合物を室温で5分間攪拌した。次に、混合物を0℃に冷却し、シリンジにより濃硫酸(28.6 mL、0.536 mol)を40分間かけて滴加した。得られた溶液を0℃で30分間攪拌した後、室温で16時間攪拌した。反応液を-10℃に冷却し、水(50 mL)を加えて反応を止めた。次に、クロロホルム(50 mL)を加えた後、10 M水酸化ナトリウム水溶液(200 mL、2.0 mol)を加えた。得られた混合物はpH 12を有した。混合物を分液漏斗に移し、水(600 mL)と混合し、クロロホルム(3×500 mL)により抽出した。有機層を合わせて飽和塩化ナトリウム水溶液(50 mL)により洗浄し、無水硫酸ナトリウムにより乾燥した。溶媒を蒸発させ、粗生成物をシリカゲルカラムにより、ヘキサン中10〜50%酢酸エチルで溶離して精製し、N-(7a-エチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-イル)ホルムアミドを白色の固体 (10.2 g、収率56%)として得た。

無水THF(140 mL)の入ったフラスコに、1 M水素化アルミニウムリチウムTHF溶液(138 mL、0.138 mol)を加えた。水素化アルミニウムリチウム溶液を加熱還流し、固体のN-(7a-エチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-イル)ホルムアミド(9.5 g、45.9 mmol)を15分間かけて少しずつ加えた。得られた混合物を21時間還流し、-10℃に冷却し、5 M水酸化ナトリウム水溶液(18 mL)をゆっくりと加えることにより反応を止めた。得られた混合物を珪藻土により濾過し、THF(3×150 mL)により洗浄した。濾液を濃縮し、残渣を2つのシリカゲルカラムにより精製した。第1のカラムはヘキサン中10〜50%酢酸エチルで溶離した。選択されたフラクションを濃縮し、次いで残渣を第2のカラムに適用し、ジクロロメタン/メタノール/アンモニア水溶液(9:1:0.1〜8:2:0.2)(v/v)で溶離した。選択されたフラクションを濃縮して、7a-エチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン(8.2 g、収率93%)を得た。¹H NMR (CD₃OD, 400 MHz): δ2.81 (s, 3 H), 2.52 (d, J = 3.2 Hz, 1 H), 2.27 (brs, 1 H), 2.23-2.16 (m, 1 H), 2.06-2.02 (m, 1 H), 1.88-1.52 (m, 9 H), 1.44-1.22 (m, 3 H), 1.07 (t, J = 7.0 Hz, 3 H); LCMS (m/z): 194 (M+1)。

ラセミ体7a-エチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン(2.0 g)をアセトニトリル(10 mL)に溶解し、キラルHPLCにより、ChiralPak AD-H、5ミクロン、250×20 cmカラムを用いて、アセトニトリル中0.2%ジエチルアミン、5%イソプロパノール(インジェクション量0.25 mL)により10 mL/分の流速で溶離して分離した。2つのピークのそれぞれについて選択されたフラクションを濃縮して2 mLのメタノールに溶解した。2つのメタノール溶液のそれぞれを室温で10 mLの1 M塩酸水溶液により処理した。得られた反応混合物を真空遠心分離機中で濃縮して、先に溶離したエナンチオマーとして(3aS,4S,7R,7aS)-7a-エチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩(0.845 g、回収率35%)および後に溶離したエナンチオマーとして(3aR,4R,7S,7aR)-7a-エチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩(0.630 g、回収率26%)を、白色の粉末として得た。

(3aS,4S,7R,7aS)-7a-エチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩：¹H NMR (D₂O, 400 MHz): δ2.80 (s, 3 H), 2.51 (d, J = 3.2 Hz, 1 H), 2.26 (brs, 1 H), 2.23-2.16 (m, 1 H), 2.06-2.02 (m, 1 H), 1.88-1.52 (m, 9 H), 1.44-1.22 (m, 3 H), 1.06 (t, J = 7.1 Hz, 3 H); LCMS (m/z): 194 (M+1)。

(3aR,4R,7S,7aR)-7a-エチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩：¹H NMR (D₂O, 400 MHz): δ2.81 (s, 3 H), 2.52 (d, J = 3.5 Hz, 1 H), 2.27 (brs, 1 H), 2.23-2.16 (m, 1 H), 2.06-2.02 (m, 1 H), 1.88-1.52 (m, 9 H), 1.44-1.22 (m, 3 H), 1.06 (t, J = 7.1 Hz, 3 H); LCMS (m/z): 194 (M+1)。

実施例3： (3aS,4S,7R,7aS)-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩および(3aR,4R,7S,7aR)-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩
500 mLの1口フラスコにスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オール(12.3 g、80.9 mmol)およびシアン化ナトリウム(6.70 g、0.137 mol)を入れて、ゴム隔膜により密閉した。バルーンを付けた針を隔膜の中に挿入した。シリンジにより酢酸(22.7 mL、0.396 mol)を加えて、混合物を室温で5分間攪拌した。次に、混合物を0℃に冷却し、シリンジにより濃硫酸(23.0 mL、0.430 mol)を30分間かけて滴加した。得られた溶液を0℃で30分間攪拌した後、室温で16時間攪拌した。反応液を-10℃に冷却して水(50 mL)を加えて反応を止めた。次に、クロロホルム(50 mL)を加えた後、10 M水酸化ナトリウム水溶液(170 mL、1.7 mol)を加えた。得られた混合物はpH 12を有した。混合物を分液漏斗に移し、水(400 mL)と混合し、クロロホルム(3×400 mL)により抽出した。有機層を合わせて飽和塩化ナトリウム水溶液(50 mL)により洗浄し、無水硫酸ナトリウムにより乾燥した。溶媒を蒸発させ、粗生成物をシリカゲルカラムにより、ヘキサン中10〜50%酢酸エチルで溶離して精製し、N-(オクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-イル)ホルムアミドを白色の固体 (10.7 g、収率74%)として得た。

無水THF(170 mL)の入ったフラスコに、1 M水素化アルミニウムリチウムTHF溶液(168 mL、0.168 mol)を加えた。水素化アルミニウムリチウム溶液を加熱還流し、固体のN-(オクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-イル)ホルムアミド(10.0 g、55.9 mmol)を15分間かけて少しずつ加えた。得られた混合物を22時間還流し、-10℃に冷却し、5 M水酸化ナトリウム水溶液(20 mL)をゆっくりと加えることにより反応を止めた。得られた混合物を珪藻土により濾過し、THF(3×300 mL)により洗浄した。濾液を濃縮し、残渣を2つのシリカゲルカラムにより精製した。第1のカラムはヘキサン中10〜50%酢酸エチルで溶離した。選択されたフラクションを濃縮し、次いで残渣を第2のカラムに適用し、ジクロロメタン/メタノール/アンモニア水溶液(9:1:0.1〜8:2:0.2)(v/v)で溶離した。

選択されたフラクションを濃縮して、N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン (8.1 g、収率88%)を得た。¹H NMR (D₂O, 400 MHz): δ2.80 (s, 3 H), 2.54 (brs, 1 H), 2.27-2.16 (m, 3 H), 1.95-1.56 (m, 7 H), 1.49-1.32 (m, 4 H); LCMS (m/z): 166 (M+1)。

ラセミ体N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン(1.5 g)をアセトニトリル(15 mL)に溶解し、キラルHPLCにより、ChiralPak AD、5ミクロン、250×20 cmカラムを用いて、アセトニトリル中0.2%ジエチルアミン、5%イソプロパノール(インジェクション量0.25 mL)により10 mL/分の流速で溶離して分離した。2つのピークのそれぞれについて選択されたフラクションを濃縮して2 mLのメタノールに溶解した。2つのメタノール溶液のそれぞれを室温で2 mLの2 M塩酸水溶液により処理した。得られた反応混合物を真空遠心分離機中で濃縮して、先に溶離したエナンチオマーとして(3aS,4S,7R,7aS)-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩(0.460 g、回収率26%)および後に溶離したエナンチオマーとして(3aR,4R,7S,7aR)-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩(0.480 g、回収率27%)を、白色の粉末として得た。

(3aS,4S,7R,7aS)-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩：¹H NMR (D₂O, 400 MHz): δ2.81 (s, 3 H), 2.55 (brs, 1 H), 2.27-2.16 (m, 3 H), 1.95-1.56 (m, 7 H), 1.49-1.32 (m, 4 H); LCMS (m/z): 166 (M+1)。

(3aR,4R,7S,7aR)-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩：¹H NMR (D₂O, 400 MHz): δ2.81 (s, 3 H), 2.55 (brs, 1 H), 2.27-2.16 (m, 3 H), 1.95-1.56 (m, 7 H), 1.49-1.32 (m, 4 H); LCMS (m/z): 166 (M+1)。

実施例4： (3aS,4S,7R,7aS)-N,N,N-トリメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アンモニウムギ酸塩
(3aS,4S,7R,7aS)-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン(30 mg、0.18 mmol)、ヨードメタン(2.0 mL、32 mmol)および炭酸カリウム(1.0 g、7.2 mmol)のTHF(2 mL)中の混合物を圧力管の中に入れ、100℃で48時間攪拌した。反応混合物を濾過し、濾液を濃縮した。残渣をHPLCにより、0.05%ギ酸水溶液と0.05%ギ酸アセトニトリル溶液との混合物で溶離して精製した。選択されたフラクションを合わせて濃縮し、(3aS,4S,7R,7aS)-N,N,N-トリメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アンモニウムギ酸塩(20 mg)を得た。¹H NMR (CD₃OD, 400 MHz): δ8.52 (brs, 1 H), 3.18 (s, 9 H), 2.67 (s, 1 H), 2.58-2.45 (m, 2 H), 2.35-2.24 (m, 1 H), 2.17-2.12 (m, 1 H), 1.98-1.62 (m, 7 H), 1.58-1.36 (m, 3 H); LCMS (m/z): 194 (M)。

実施例5： (3aR,4R,7S,7aR)-N,N,N-トリメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アンモニウムギ酸塩
(3aR,4R,7S,7aR)-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン(30 mg、0.18 mmol)、ヨードメタン(2.0 mL、32 mmol)および炭酸カリウム(1.0 g、7.2 mmol)のTHF(2 mL)中の混合物を圧力管の中に入れ、100℃で48時間攪拌した。反応混合物を濾過し、濾液を濃縮した。残渣をHPLCにより、0.05%ギ酸水溶液と0.05%ギ酸アセトニトリル溶液との混合物で溶離して精製した。選択されたフラクションを合わせて濃縮し、(3aR,4R,7S,7aR)-N,N,N-トリメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アンモニウムギ酸塩(20 mg)を得た。¹H NMR (CD₃OD, 400 MHz): δ8.51 (brs, 1 H), 3.18 (s, 9 H), 2.67 (s, 1 H), 2.58-2.45 (m, 2 H), 2.35-2.24 (m, 1 H), 2.17-2.12 (m, 1 H), 1.98-1.62 (m, 7 H), 1.58-1.36 (m, 3 H); LCMS (m/z): 194 (M)。

実施例6： (3aS,4S,7R,7aS)-N,N-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミンヨウ化水素酸塩
ヨードメタン(1.0 mL、16 mmol)を(3aS,4S,7R,7aS)-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン(0.11 g、0.67 mmol)のアセトニトリル(3 mL)溶液に加えて、混合物を室温で18時間攪拌した。反応液に無水エーテル(30 mL)を加えて、混合物を遠心分離した。上清をデカントし、残った固体を乾燥して、(3aS,4S,7R,7aS)-N,N-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミンヨウ化水素酸塩(0.19 g、収率93%)を灰白色の固体として得た。¹H NMR (CD₃OD, 400 MHz): δ2.92 (s, 3 H), 2.88 (s, 3 H), 2.53 (brs, 1 H), 2.45-2.25 (m, 2 H), 2.15 (d, J = 3.5 Hz, 1 H), 2.10-2.06 (m, 1 H), 1.96-1.65 (m, 6 H), 1.55-1.38 (m, 4 H); LCMS (m/z): 180 (M+1)。

実施例7： (3aR,4R,7S,7aR)-N,N-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミンヨウ化水素酸塩
ヨードメタン(1.0 mL、16 mmol)を(3aR,4R,7S,7aR)-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン(0.11 g、0.67 mmol)のアセトニトリル(3 mL)溶液に加えて、混合物を室温で18時間攪拌した。反応液に無水エーテル(30 mL)を加えて、混合物を遠心分離した。上清をデカントし、残った固体を乾燥して、(3aR,4R,7S,7aR)-N,N-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミンヨウ化水素酸塩(0.185 g、収率90%)を灰白色の固体として得た。¹H NMR (CD₃OD, 400 MHz): δ2.92 (s, 3 H), 2.88 (s, 3 H), 2.53 (brs, 1 H), 2.45-2.25 (m, 2 H), 2.15 (d, J = 3.5 Hz, 1 H), 2.10-2.06 (m, 1 H), 1.96-1.65 (m, 6 H), 1.55-1.38 (m, 4 H); LCMS (m/z): 180 (M+1)。

実施例8： (3aS,4S,7R,7aS)-7a-エチル-N,N-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミントリフルオロ酢酸塩
ヨードメタン(1.0 mL、16 mmol)を(3aS,4S,7R,7aS)-7a-エチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン(0.10 g、0.52 mmol)のアセトニトリル(3 mL)溶液に加えて、混合物を室温で18時間攪拌した。反応液を濃縮して、HPLCにより、0.05% TFA水溶液と0.05% TFAアセトニトリル溶液との混合物で溶離して精製した。選択されたフラクションを濃縮して、(3aS,4S,7R,7aS)-7a-エチル-N,N-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミントリフルオロ酢酸塩(20 mg)を得た。¹H NMR (CD₃OD, 400 MHz): δ2.93 (s, 3 H), 2.91 (s, 3 H), 2.48-2.40 (m, 2 H), 2.19 (brs, 1 H), 2.05-1.95 (m, 1 H), 1.88-1.81 (m, 2 H), 1.76-1.52 (m, 7 H), 1.49-1.42 (m, 1 H), 1.38-1.32 (m, 2 H), 1.06 (t, J = 7.1 Hz, 3 H); LCMS (m/z): 208 (M+1)。

実施例9： (3aR,4R,7S,7aR)-7a-エチル-N,N-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミントリフルオロ酢酸塩
ヨードメタン(1.0 mL、16 mmol)を(3aR,4R,7S,7aR)-7a-エチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン(0.10 g、0.52 mmol)のアセトニトリル(3 mL)溶液に加えて、混合物を室温で18時間攪拌した。反応液を濃縮して、HPLCにより、0.05% TFA水溶液と0.05% TFAアセトニトリル溶液との混合物で溶離して精製した。選択されたフラクションを濃縮して、(3aR,4R,7S,7aR)-7a-エチル-N,N-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミントリフルオロ酢酸塩(16 mg)を得た。¹H NMR (CD₃OD, 400 MHz): δ2.93 (s, 3 H), 2.91 (s, 3 H), 2.48-2.40 (m, 2 H), 2.19 (brs, 1 H), 2.05-1.95 (m, 1 H), 1.88-1.81 (m, 2 H), 1.76-1.52 (m, 7 H), 1.49-1.42 (m, 1 H), 1.38-1.32 (m, 2 H), 1.06 (t, J = 7.1 Hz, 3 H); LCMS (m/z): 208 (M+1)。

実施例10： N-メチル-7a-プロピルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩
スピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オン(500 mg、3.33 mmol)のTHF(10 mL)溶液を0℃に冷却し、2.0 M塩化n-プロピルマグネシウムのエーテル溶液(5.0 mL、10 mmol)を滴加した。得られた溶液をゆっくりと室温に温めた後、室温で20時間攪拌した。反応液に飽和塩化アンモニウム水溶液(5 mL)を加えて反応を止め、濃縮した。残渣を水(30 mL)とジクロロメタン(20 mL)との間で分配した。有機層を無水硫酸ナトリウムにより乾燥し、濃縮して500 mgの3-プロピルスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オール（GCMS分析により純度約60%）を得た。

3-プロピルスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オールを酢酸(1.0 mL、17 mmol)に溶解してシアン化ナトリウム(185 mg、3.62 mmol)と混合し、氷浴で冷却した。硫酸(1.0 mL、19 mmol)をゆっくりと滴加した後、反応混合物をゆっくりと室温に温め、この温度で18時間攪拌した。反応混合物を水(20 mL)により希釈し、ジクロロメタン(30 mL)により抽出した。有機層を10%水酸化ナトリウム水溶液(20 mL)により洗浄し、無水硫酸ナトリウムにより乾燥して、濃縮した。残渣をTHF(30 mL)に溶解し、氷浴で冷却して、1.0 M水素化アルミニウムリチウムTHF溶液(3.1 mL、3.1 mmol)をゆっくりと加えた。次に、反応液を17時間加熱還流し、氷浴で冷却し、固体の硫酸ナトリウム十水和物(5 g)をゆっくりと加えて反応を止めた。混合物を濾過し、濾液を濃縮した。残渣をHPLCにより、0.05%ギ酸水溶液と0.05%ギ酸アセトニトリル溶液との混合物で溶離して精製した。生成物を含有するフラクションを合わせて、3 M水酸化ナトリウム水溶液を加えることにより塩基性(pH 9)にして、ジクロロメタン(30 mL)により抽出した。ジクロロメタン抽出物に塩酸水溶液(2.0 M溶液、2 mL)を加え、混合物を濃縮および減圧乾燥すると、N-メチル-7a-プロピルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩(120 mg)が白色の固体として残った。¹H NMR (D₂O, 400 MHz): δ2.81 (s, 3 H), 2.51 (d, J = 2.8 Hz, 1 H), 2.27-2.16 (m, 2 H), 2.06-2.01 (m, 1 H), 1.86-1.32 (m, 13 H), 1.23-1.15 (m, 1 H), 1.04 (t, J = 7.0 Hz, 3 H); LCMS (m/z): 208 (M+1)。

実施例11： 7a-ブチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩
スピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オン(4.0 g、27 mmol)のTHF(50 mL)溶液に、-78℃でn-ブチルリチウム(2.5 Mヘキサン溶液、16 mL、40 mmol)をゆっくりと加えた。反応液をゆっくりと室温に温め（4時間かけて）、飽和塩化アンモニウム水溶液(20 mL)をゆっくりと加えて反応を止め、濃縮した。残渣をジクロロメタン(100 mL)と水(50 mL)との間で分配した。有機層を無水硫酸ナトリウムにより乾燥し、濃縮して3-ブチルスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オール(5.5 g)をオイルとして得た。

3-ブチルスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オール(5.5 g、26 mmol)の酢酸(11.0 mL、192 mmol)溶液に、シアン化ナトリウム(2.02 g、39.6 mmol)を加えて、混合物を氷浴で冷却した。硫酸(12.0 mL、225 mmol)をゆっくりと滴加した後、反応液をゆっくりと室温に温め、この温度で18時間攪拌した。反応液を水(200 mL)により希釈し、ジクロロメタン(100 mL)により抽出した。有機層を10%水酸化ナトリウム水溶液(50 mL)により洗浄し、無水硫酸ナトリウムにより乾燥し、濃縮した。残渣をTHF(60 mL)に溶解し、氷浴で冷却して、1.0 M水素化アルミニウムリチウムTHF溶液(53 mL、53 mmol)を滴加した。次に、反応液を17時間還流し、氷浴で冷却し、固体の硫酸ナトリウム十水和物(20 g)をゆっくりと加えて反応を止めた。この混合物を濾過し、濾液を濃縮した。残渣をシリカゲルカラムにより、クロロホルム中のクロロホルム/メタノール/アンモニア水溶液(9:1.0:0.1)の混合物で溶離して精製し、7a-ブチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン(4.74 g、収率79%)をオイルとして得た。

7a-ブチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン(0.12 g、0.54 mmol)のジクロロメタン(2 mL)溶液に、0℃で濃塩酸(0.1 mL)を加えた。混合物を濃縮および減圧乾燥して、7a-ブチル-N-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩(0.11 g)を白色の固体として得た。

¹H NMR (D₂O, 400 MHz): δ2.80 (s, 3 H), 2.50 (d, J = 3.1 Hz, 1 H), 2.26-2.16 (m, 2 H), 2.07-2.00 (m, 1 H), 1.86-1.30 (m, 15 H), 1.24-1.16 (m, 1 H), 1.01 (t, J = 7.0 Hz, 3 H); LCMS (m/z): 222 (M+1)。

実施例12： N-d ₂ -メチル-7a-d ₃ -メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩
スピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オン(5.20 g、34.7 mmol)のTHF(250 mL)溶液を500 mLフラスコに入れて、25℃でd₃-ヨウ化メチルマグネシウム(1.0 Mジエチルエーテル溶液、60 mL、60.0 mmol)をシリンジを用いて5分間かけて加えた。反応液を室温で一晩熟成させた。LCMS分析により少量の出発物質が残っていることが示されたので、追加の5 mL(5.0 mmol)のグリニャール試薬を加えて、溶液をさらに24時間攪拌した。次にTHFを減圧除去して、残渣に塩化アンモニウム水溶液(200 mL)およびジクロロメタン(200 mL)を加えた。完全に混合した後に相を分離し、次いで水層をジクロロメタン(2×150 mL)により抽出した。有機層を合わせて減圧濃縮して、3-d₃-メチルスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オールを淡黄色のオイル(6.0 g)として得た。この粗オイルをさらに精製することなく次の工程に使用した。¹H NMR (CDCl₃, 400 MHz): δ2.20-2.08 (m, 2 H), 2.02-1.90 (m, 2 H), 1.80-1.56 (m, 5 H), 1.52-1.32 (m, 3 H), 1.32-1.20 (m, 2 H); GCMS (m/z): 170 (M+1)。

3-d₃-メチルスピロ[ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,1'-シクロブタン]-3-オールを500 mLフラスコに入れて、酢酸(15 mL)およびシアン化ナトリウム(3.10 g、63.3 mmol)と混合した。フラスコをゴム隔膜により密閉した。混合物を室温で15分間攪拌した後、氷浴で0℃に冷却した。シリンジを用いて硫酸(12 mL、225 mmol)を20分間かけて加えた。混合物をゆっくりと室温に温めて、一晩攪拌した。次に、混合物を水(250 mL)により希釈し、ジクロロメタン(250 mL)により抽出した。ジクロロメタン層を2.0 M水酸化ナトリウム水溶液(200 mL)、次いで水(200 mL)により洗浄した。有機層を濃縮して黄褐色の固体(7.10 g)を得た。固体をシリカゲルカラムにより、酢酸エチルとヘキサンとの混合物(25%〜100%酢酸エチル)で溶離して精製した。選択されたフラクションを濃縮して、N-(7a-d₃-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-イル)ホルムアミド(5.50 g、収率84.2%)を得た。GCMS (m/z): 197 (M+1)。

N-(7a-d₃-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-イル)ホルムアミド(5.50 g、28.1 mmol)をTHF(50 mL)に溶解して、重水素化アルミニウムリチウム(4.00 g、95.2 mmol)のTHF(200 mL)中の混合物の入った500 mLフラスコに、0℃で攪拌しながら加えた。添加には15分間かかった。混合物を9時間還流した後、室温に冷却して、この温度で一晩攪拌した。反応液に2.0 M水酸化ナトリウム水溶液(15 mL)を加えて反応を止め、得られた混合物を珪藻土により濾過した。THF層を分離および濃縮して、N-d₂-メチル-7a-d₃-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミンを無色のオイル(4.70 g、収率91.0%)として得た。GCMS (m/z): 185 (M+1)。

N-d₂-メチル-7a-d₃-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン(4.70 g、25.5 mmol)のメタノール(100 mL)溶液に、濃塩酸(5.0 mL、60 mmol)を加えた。室温で10分間攪拌した後、溶液を減圧濃縮した。残渣をメタノール(200 mL)に溶解して濃縮することを3回繰り返して、黄褐色の固体を得た。固体を60℃の真空オーブン中で6時間乾燥して、N-d₂-メチル-7a-d₃-メチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩(4.80 g、収率85.5%)を得た。¹H NMR (D₂O) δ2.54 (s, 1 H), 2.25 (s, 1 H), 2.00-1.85 (m, 2 H), 1.70-1.30 (m, 9 H), 1.20-1.00 (m, 2 H); GCMS (m/z): 185 (M+1)。

実施例13： 7a-(ヒドロキシメチル)オクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩
0℃に冷却した1-シクロペンテン-1,2-ジカルボン酸無水物(3.0 g、22 mmol)の無水THF(10 mL)溶液に、蒸留したばかりのシクロペンタジエン(10 mL)および三塩化アルミニウム(80 mg、0.60 mmol)を加えた。反応液を0℃で30分間攪拌した後、0℃〜5℃の冷凍庫に14時間入れた。次に、反応液をジエチルエーテル(50 mL)により希釈し、飽和塩化ナトリウム水溶液(10 mL)により洗浄した。有機層を分離し、無水硫酸ナトリウムにより乾燥して、濾過した。濾液を減圧濃縮して固体を得た。固体をヘキサンにより洗浄し、濾過して、ヘキサヒドロ-1H-4,7-メタノ-3a,7a-(メタノオキシメタノ)インデン-8,10-ジオン(3.8 g、収率86%)を得た。

ヘキサヒドロ-1H-4,7-メタノ-3a,7a-(メタノオキシメタノ)インデン-8,10-ジオン(2.5 g、12 mmol)のメタノール(20 mL)溶液に、0.2 gの10% Pd/C（湿潤）を加えた。この混合物を水素雰囲気下(50 psi)、室温で16時間振盪した。次に、混合物を珪藻土パッドにより濾過して、フィルターケーキをメタノールにより洗浄した。次に濾液を濃縮し、残渣を減圧乾燥して、少し着色した固体を得た。固体を無水メタノール(50 mL)に溶解して、氷浴で冷却した。反応液にナトリウムメトキシドのメタノール溶液(25%溶液、13 mL、48 mmol)を加えた。反応液を室温に温めて、16時間攪拌した。混合物をロータリーエバポレーターにより濃縮して、残渣を6.0 M塩酸(20mL)とジクロロメタン(50 mL)との間で分配した。ジクロロメタン層を分離し、水層をジクロロメタン(2×20 mL)により洗浄した。ジクロロメタン層を合わせて相分離器を通し、濃縮して、7a-(メトキシカルボニル)オクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-カルボン酸を淡褐色の固体(2.9 g、収率約100%)として得た。

7a-(メトキシカルボニル)オクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-カルボン酸(2.9 g、12 mmol)およびトリエチルアミン(1.5 g、15 mmol)の無水トルエン(40 mL)溶液を氷浴で冷却し、攪拌しながらジフェニルホスホリルアジド(3.5 g、13 mmol)を加えた。反応液を90℃に温めて4時間攪拌した。次に、反応液を冷却し、ロータリーエバポレーターにより濃縮した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィーにより、12カラム体積のヘキサン中0〜20%酢酸エチルの勾配で溶離して精製した。選択されたフラクションを合わせて濃縮乾固し、メチル7a-イソシアナートオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-カルボキシレートを白色の固体(1.5 g、収率52%)として得た。

メチル7a-イソシアナートオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-カルボキシレート(1.0 g、4.3 mmol)のTHF(10 mL)溶液を、氷浴で冷却した水素化アルミニウムリチウム(2 M THF溶液、8.5 mL、17 mmol)とTHF(10mL)との混合物に加えた。添加の後、反応液を50℃に温めて、この温度を16時間維持した。次に、反応液を氷浴で冷却し、水を注意深く加えて反応を止めると、白色のスラリーが形成された。スラリーを氷浴中で4時間攪拌した後、珪藻土の層により濾過した。フィルターケーキを酢酸エチルにより洗浄した。濾液を合わせて6 M塩酸水溶液(3×15 mL)により洗浄し、水性洗浄液を合わせてロータリーエバポレーターにより濃縮乾固した。得られた固体を加熱しながら2-プロパノールに溶解し、沈殿が観察されるまでジエチルエーテルを加えた。スラリーを氷浴で2時間冷却し、固体を濾過により収集してエーテルにより洗浄した。母液の体積を減らし、室温で24時間静置した後に、物質の第2の収穫物が単離された。単離された固体を乾燥して、7a-(ヒドロキシメチル)オクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩(0.64 g、収率64%)を得た。¹H NMR (400 MHz, D₂O): δ3.60 (d, J=1Hz, 1 H), 3. 48 (d, J=1Hz, 1 H), 2.55 (s, 3 H), 2.31 (d, J = 3 Hz, 1 H), 1.97 (bs, 2 H), 1.87 (d, J = 6 Hz, 1 H), 1.65 - 1.34 (m, 8 H), 1.19-1.07 (m, 2 H); LCMS (m/z): 196 (M+1)。

実施例14： (3aS,4S,7R,7aS)-N,N,7a-トリメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩
(3aS,4S,7R,7aS)-N,7a-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩(0.13 g、0.60 mmol)および炭酸カリウム(0.42 g、3.0 mmol)のアセトニトリル(5 mL)中の混合物に、ヨードメタン(0.86 g、6.0 mmol)を加えた。反応液に堅く蓋をして40℃で3時間攪拌した。反応液を濾過し、濾液を濃縮した。残渣をジクロロメタン(30 mL)と水(50 mL)との間で分配した。有機層を分離し、硫酸ナトリウムにより乾燥して濾過した。濾過した有機層に濃塩酸(0.3 mL)を加え、混合物を濃縮乾固して、(3aS,4S,7R,7aS)-N,N,7a-トリメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩(104 mg)を白色の固体として得た。¹H NMR (CD₃OD, 400 MHz): δ2.88 (s, 3 H), 2.86 (s, 3 H), 2.45-2.38 (m, 2 H), 1.97 (brs, 1 H), 1.87-1.46 (m, 10 H), 1.34-1.26 (m, 4 H); LCMS (m/z): 194 (M+1)。

実施例15： (3aR,4R,7S,7aR)-N,N,7a-トリメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩
(3aR,4R,7S,7aR)-N,7a-ジメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩(0.18 g、0.83 mmol)および炭酸カリウム(0.58 g、4.2 mmol)のアセトニトリル(5 mL)中の混合物にヨードメタン(1.2 g、8.4 mmol)を加えた。反応液に堅く蓋をして40℃で3時間攪拌した。反応液を濾過し、濾液を濃縮した。残渣をジクロロメタン(40 mL)と水(50 mL)との間で分配した。有機層を分離し、硫酸ナトリウムにより乾燥して濾過した。濾過した有機層に濃塩酸(0.5 mL)を加え、混合物を濃縮乾固して、(3aR,4R,7S,7aR)-N,N,7a-トリメチルオクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン-3a-アミン塩酸塩(181 mg)を白色の固体として得た。¹H NMR (CD₃OD, 400 MHz): δ2.88 (s, 3 H), 2.86 (s, 3 H), 2.45-2.38 (m, 2 H), 1.97 (brs, 1 H), 1.87-1.46 (m, 10 H), 1.34-1.26 (m, 4 H); LCMS (m/z): 194 (M+1)。

VI. 生物学的アッセイ
ニコチン性アセチルコリン受容体における相互作用の解析
材料および方法
細胞株 SH-EP1-ヒトα4β2(Eaton et al., 2003)細胞株はDr. Ron Lukas (Barrow Neurological Institute)より入手した。細胞は、10%ウマ血清(Invitrogen)、5%ウシ胎仔血清(HyClone, Logan UT)、1 mMピルビン酸ナトリウム、4 mM L-グルタミンを含むダルベッコ改変イーグル培地(Invitrogen, Carlsbad, California)中で増殖成長相に維持した。安定なトランスフェクタントを維持するために、α4β2細胞培地に0.25 mg/mLゼオシン(zeocin)および0.13 mg/mLヒグロマイシンB(hygromycin B)を補った。

CHO-ヒトα7細胞（ChanTest, Cleveland, OH、カタログ#CT6201より入手した）は、10%ウシ胎仔血清(Invitrogen)、0.25 mg/mLジェネティシン(geneticin)；0.4 mg/mlゼオシンを含むハムF12培地(Ham’s F12)(VWR)中で増殖成長相に維持した。CHO-ヒトα7細胞を作成するために使用されたトランスフェクトされたcDNA構築物によりコードされるアミノ酸配列は、GenBank受入番号NM_000746.4 (α7)およびNM_024557.4 (hRIC3)の翻訳された配列と同一である。

CHO-ヒトα3β4細胞（ChanTest, Cleveland, OH、カタログ#CT6021より入手した）は、10%ウシ胎仔血清(Invitrogen)、0.25 mg/mLジェネティシン；0.4 mg/mlゼオシンを含むハムF12培地(VWR)中で増殖成長相に維持した。CHO-ヒトα3β4細胞を作成するために使用されたトランスフェクトされたcDNA構築物によりコードされるアミノ酸配列は、それぞれGenBank受入番号NM_000743.2およびNM_000750.3の翻訳された配列と同一である。

受容体結合アッセイ
クローン細胞株からの膜の調製細胞を氷冷したPBS(pH 7.4)中に収集した後、Polytron (Kinematica GmbH, Switzerland)を用いてホモジナイズした。ホモジネートを40,000 gで20分間遠心分離した(4℃)。ペレットをPBS中に再懸濁し、Pierce BCAタンパク質アッセイキット(Pierce Biotechnology, Rockford, IL)を用いてタンパク質濃度を測定した。

膜調製物中の受容体に対する競合結合ニコチン性受容体への結合を、出版物に記載の方法(Lippiello and Fernandes 1986; Davies et al.,1999)を修正した標準的方法を用いて膜上でアッセイした。簡単に述べると、冷凍貯蔵品から膜を再構成し、150μlアッセイ緩衝液(50mM Tris、154mM NaCl、pH 7.4)中、競合化合物(0.001 nM〜100μM)および放射性リガンドの存在下で2時間氷上でインキュベートした。[³H]-ニコチン(L-(-)-[N-メチル-³H]-ニコチン、69.5 Ci/mmol、Perkin-Elmer Life Sciences, Waltham, MA)をヒトα4β2結合の研究に使用した。[³H]-エピバチジン(52 Ci/mmol、Perkin-Elmer Life Sciences)を他のニコチン性受容体サブタイプにおける結合の研究に使用した。それぞれの受容体標的についての膜供給源、放射性リガンド、および放射性リガンド濃度を表3に記載する。非特異的結合を減少させるために0.33%ポリエチレンイミン(w/v)に予浸したGF/Bフィルターを用いてマルチマニホルド組織ハーベスター(multimanifold tissue harvester)(Brandel, Gaithersburg, MD)上で急速濾過をおこなうことによりインキュベーションを終了した。フィルターを氷冷したアッセイ緩衝液により3回洗浄し、保持された放射能を液体シンチレーション計数により測定した。

結合データ分析結合データは全対照結合のパーセントとして表した。各点における反復を平均して、薬物濃度の対数に対してプロットした。IC₅₀（結合の50%阻害をもたらす化合物濃度）は、GraphPad Prismソフトウェア(GraphPAD, San Diego, CA)を用いて最小二乗非線形回帰により決定した。KiはCheng-Prusoff式(Cheng and Prusoff, 1973)を用いて計算した。

カルシウム流の機能アッセイ
各実験の48時間前に、細胞を96ウェル・ブラックウォール・クリアボトム・プレート(Corning, Corning, NY)に60〜100,000細胞/ウェルで播種した。実験の日に、成長培地を穏やかに除去し、200μL 1X FLIPR Calcium 4アッセイ試薬(Molecular Devices, Sunnyvale, CA)をアッセイ緩衝液(SH-EP1-ヒトα4β2細胞には20mM HEPES、7 mM TRIS塩基、4 mM CaCl₂、5 mM D-グルコース、0.8 mM MgSO₄、5 mM KCl、0.8 mM MgCl₂、120 mM N-メチルD-グルカミン、20 mM NaCl、pH 7.4、または他のすべての細胞株には10 mM HEPES、2.5 mM CaCl₂、5.6 mM D-グルコース、0.8 mM MgSO₄、5.3 mM KCl、138 mM NaCl、TRIS塩基によりpH 7.4)中に入れてそれぞれのウェルに加え、プレートを37℃で1時間インキュベートした（29℃処理SH-EP1-ヒトα4β2細胞では29℃）。阻害実験では、競合化合物(10 pM〜10μM)を染料添加の時点で加えた。プレートをインキュベーターから除去し、室温に平衡化した。プレートをFLIPR Tetra蛍光イメージングプレートリーダー(Molecular Devices)に移して化合物を添加し、蛍光をモニターした（励起485 nm、発光525 nm）。カルシウム流の量を正（ニコチン）および負（緩衝液のみ）の対照の両方と比較した。正の対照は100%反応と定義され、試験化合物の結果を正の対照のパーセンテージとして表した。阻害の研究には、アゴニストであるニコチンを、29℃で処理されたSH-EP1-ヒトα4β2(HS)に対しては1μMの濃度で、37℃で維持されたSH-EP1-ヒトα4β2(LS)に対しては10μMの濃度で、SH-SY5Y細胞またはCHO_ヒトα3β4に対しては20μMの濃度で使用した。

パッチクランプ電気生理学
細胞の取り扱い GH4C1-ラットT6’Sα7細胞をインキュベーターから取り出した後、培地を吸引し、細胞を3分間トリプシン処理し、穏やかに粉砕してプレートから引き離し、記録培地(recording medium)により2回洗浄し、2 mlの外液（組成に関しては下記を参照されたい）に再懸濁した。細胞をZeiss倒立顕微鏡(Carl Zeiss Inc., Thornwood, NY)のステージ上に載せたDynaflowチップの中に置いた。ホールセル記録の設定(whole-cell recording configuration)が確立されるのに平均して5分間を要した。細胞状態の変更を回避するために、1回のロードごとに単一の細胞を記録した。短時間の応答を誘起するために、それぞれのチャネルが50または150 psiのいずれかの圧力で駆動される溶液を送達するようにしたDynaflowシステム(Cellectricon, Inc., Gaithersburg, MD)を用いて、化合物を0.5秒間適用した。

電気生理学通常のホールセル電流記録を使用した。ガラス微小電極(抵抗5〜10 MΩ)を使用して細胞表面上に堅いシールを形成し(>1 GΩ)、吸引をおこなって通常のホールセル記録に変換した。次に、細胞を-60 mVの保持電位に電位固定し、リガンドの適用に応答したイオン電流を測定した。Axon 700A増幅器により記録されたホールセル電流は、1 kHzでフィルターをかけ、ADC board 1440 (Molecular Devices)により5 kHzでサンプリングした。ホールセルアクセス抵抗は20 MΩ未満であった。ホールセル電流のデータ取得はClampex 10 (Molecular Devices, Sunnyvale, CA)を用いておこない、結果をPrism 5.0 (GraphPad Software Inc., San Diego, CA)を用いてプロットした。実験データを平均±S.E.M.として提供し、異なる条件の比較をスチューデントt(Student’s t)試験およびTwo Way ANOVA試験を用いて統計的有意性に関して解析した。すべての実験は室温(22±1℃)でおこなった。濃度応答プロファイルはHillの式に適合し、Prism 5.0を用いて解析された。

溶液および薬物適用標準外液は、120 mM NaCl、3 mM KCl、2 mM MgCl₂、2 mM CaCl₂、25 mM D-グルコース、および10 mM HEPESを含有し、Tris塩基によりpH 7.4に調節された。ホールセル記録のための内液は、110 mM Trisリン酸二塩基性、28 mM Tris塩基、11 mM EGTA、2 mM MgCl₂、0.1 mM CaCl₂、および4 mM Mg-ATPから構成され、pH 7.3とした(Liu et al., 2008)。ホールセル電流応答を開始するために、溶液交換が約50ミリ秒以内に起こるように（10〜90%ピーク電流上昇時間に基づく）細胞を対照溶液からアゴニスト含有溶液に移動して戻すことにより化合物を送達した。化合物適用の間隔(0.5〜1分)は、特に受容体の応答性の安定を保証する（機能低下を起こさない）ために調節され、本明細書に記載される研究の大部分において使用されたピペット液の選択も同じ目的でおこなわれた。(-)-ニコチンおよびアセチルコリン(ACh)は、Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)より購入した。すべての薬物は毎日保存溶液から調製された。

本発明の化合物によるACh誘導電流の阻害を測定するために、発明者らは70μM Achを適用する安定なベースライン記録を確立した（通常、安定した5〜10回の連続適用）。次に、ACh (70μM)を1 nM〜10μMの濃度範囲の試験化合物と共適用した。電流のテール（0.5秒のAch適用の最後に測定される電流）が最も大きく変化したので、阻害および回復プロットはテール電流の振幅を表す。

交差比較(Cross-comparisons)、電気生理学
サブクローナルヒト上皮-hα4β2細胞確立された技術を用いてヒトα4 (S452)およびβ2サブユニット（Dr. Ortrud Steinlein, Institute of Human Genetics, University Hospital, Ludwig-Maximilians-Universitat, Munich, Germanyの御厚意により提供された）を導入し、それぞれpcDNA3.1-ゼオシンおよびpcDNA3.1-ヒグロマイシンベクターにサブクローニングし、天然NNR-null SHEP1細胞中に導入して、ヒトα4β2受容体を異種発現する安定にトランスフェクトされたモノクローナルサブクローナルヒト上皮(SH-EP1)-hα4β2細胞株を作成した。細胞培養を、0.5 mg/mlゼオシンおよび0.4 mg/mlヒグロマイシンを増強した（トランスフェクタントの正の選択を提供するため）完全培地中で低い継代数（表現型の安定な発現を保証するために冷凍貯蔵品から1〜26継代数）に維持し、コンフルエントになったばかりの培養物を1:20に分割することにより週に1回継代をおこなって細胞を増殖成長に維持した。逆転写酵素-ポリメラーゼ連鎖反応、免疫蛍光法、放射性リガンド結合アッセイ、および同位体イオン流アッセイを反復的に実施して、メッセージ、タンパク質、リガンド結合部位、および機能的受容体としてα4β2 NNRの安定な発現を確認した。

細胞の取り扱い上記の方法と同様にして、インキュベーターから取り出した後、培地を吸引し、細胞を3分間トリプシン処理し、記録培地により2回十分に洗浄し、2 mlの外液（組成に関しては下記を参照されたい）に再懸濁した。細胞を穏やかに粉砕してプレートから引き離して4 ml試験管に移し、そこから細胞をZeiss倒立顕微鏡(Carl Zeiss Inc., Thornwood, NY)のステージ上に載せたDynaflowチップの中に置いた。ホールセル記録の設定が確立されるのに平均して5分間を要した。細胞状態の変更を回避するために、1回のロードごとに単一の細胞を記録した。短時間の応答を誘起するために、それぞれのチャネルが50または150 psiのいずれかの圧力で駆動される溶液を送達するようにしたDynaflowシステム(Cellectricon, Inc., Gaithersburg, MD)を用いてアゴニストを適用した。

電気生理学上記の方法と同様にして、通常のホールセル電流記録を、アゴニストを急速に適用および除去するためのコンピューター制御されたDynaflowシステム(Cellectricon, Inc.)と共にこれらの研究に使用した。簡単に述べると、倒立顕微鏡(Carl Zeiss Inc.)に載せたシリコンチップバスの中に細胞を置いた。分析のために選択した細胞には標準外液を連続的に灌流した(60μl/分)。ガラス微小電極(ピペット液と細胞外液との間の抵抗3〜5 MΩ)を使用して細胞表面上に堅いシールを形成し(1 GΩ)、吸引をおこなって通常のホールセル記録に変換した。次に、細胞を-60 mVの保持電位に電位固定し、リガンドの適用に応答したイオン電流を測定した。Axon 700A増幅器により記録されたホールセル電流は、1 kHzでフィルターをかけ、ADC board 1440 (Molecular Devices)により5 kHzでサンプリングしてPCコンピューターのハードディスクに保存した。ホールセルアクセス抵抗は20 MΩ未満であった。ホールセル電流のデータ取得はClampex 10 (Molecular Devices, Sunnyvale, CA)を用いておこない、結果をPrism 5.0 (GraphPad Software Inc., San Diego, CA)を用いてプロットした。実験データを平均±S.E.M.として提供し、異なる条件の比較をスチューデントt試験を用いて統計的有意性に関して解析した。すべての実験は室温(22±1℃)でおこなった。濃度応答プロファイルはHillの式に適合し、Prism 5.0を用いて解析された。実験条件間で応答性細胞のフラクションにおける差異は検出することができなかった。90%を超える細胞がアセチルコリン(ACh)に応答し、測定可能な電流を与えたすべての細胞が考慮された。実験全体を通して細胞を-60 mVに保った。すべての薬物は毎日保存溶液から調製された。

神経α4β2受容体の用量反応曲線は、先に記載された方法(Covernton and Connolly, 2000)と類似の実験に基づく2つのHillの式の合計により記載することができた：

式中、Imaxは最大電流振幅であり、xはアゴニスト濃度である。EC50H、nH1、およびa1は、HS状態における半有効濃度、Hill係数、および受容体のパーセンテージである。EC50LおよびnH2はLS状態における半有効濃度およびHill係数である。いくつかの場合において、単一のHillの式、

を式1との適合を比較するために使用した。Imax、EC50、およびnHは同じ意味を有する。

α4β2アゴニストに対する応答のオープンチャネル遮断の時間経過を、式：

[式中、yは電流（ピコアンペア）であり、Aは対照最大ピーク電流（ピコアンペア）であり、τは時間定数（ミリ秒）であり、Bは平衡における電流（ピコアンペア）であり、tは時間（ミリ秒）である]
の単一指数方程式を用いて解析した。

溶液および薬物適用標準外液は、120 mM NaCl、3 mM KCl、2 mM MgCl₂、2 mM CaCl₂、25 mM D-グルコース、および10 mM HEPESを含有し、Tris塩基によりpH 7.4に調節された。発明者らの実験データにより1μMの硫酸アトロピンがAch誘導電流に影響を与えないことが示された（データを示さない）ので、かつ、アトロピン自体がニコチン性受容体をロックすることが報告されている(Liu et al., 2008)ので、実験においてアゴニストとしてアトロピンを含まないAChを適用した。すべての通常のホールセル記録において、トリス電極を使用し、110 mM Trisリン酸二塩基性、28 mM Tris塩基、11 mM EGTA、2 mM MgCl₂、0.1 mM CaCl₂、および4 mM Mg-ATPを含有する、pH 7.3の溶液で満たした。ホールセル電流応答を開始するために、溶液交換が約50ミリ秒以内に起こるように（10〜90%ピーク電流上昇時間に基づく）細胞を対照溶液からアゴニスト含有溶液に移動して戻すことによりニコチンアゴニストを送達した。薬物適用の間隔(0.5〜1分)は、特に受容体の応答性の安定を保証する（機能低下を起こさない）ために調節され、本明細書に記載される研究の大部分において使用されたピペット液の選択も同じ目的でおこなわれた。(-)-ニコチンおよびAchを含む本研究に使用した薬物は、Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)より購入した。

表による要約
表2に示す通り、本発明の代表的な化合物は、ヒトα4β2、α7、および神経節受容体サブタイプに対して典型的には1〜100 mMの範囲の阻害定数（Ki値）を示し、これらの受容体サブタイプのオルソステリック結合部位（すなわち、競合的アゴニストの結合部位）に対する低い親和性を示している。しかしながら、表4におけるデータは、本発明の代表的な化合物がこれらの受容体サブタイプのイオン流を有効に阻害することも示しており、典型的なIC₅₀値は約2 mM未満であり、典型的なI_max値は>95%である。総合すると、このデータは、本発明の代表的な化合物が、オルソステリック部位における結合が関与しないメカニズムにより、これらの受容体サブタイプにより仲介されるイオン流を阻害する効果を有することを証明するものである。

観察された特定の薬理反応は、選択された特定の活性化合物または医薬担体の存否、ならびに採用された製剤のタイプおよび投与方式に応じてかつ依存して変化する可能性があり、このような結果における予想される変化または相違は本発明の実施に従うものと解釈される。

本明細書において本発明の特定の実施形態を例証し、詳細に説明したが、発明はそれらに限定されない。上記の詳細な説明は本発明の例として提供されるものであり、いかなる意味でも発明の限定を構成するものであると解釈されるべきではない。変更は当業者には明白であり、本発明の精神を逸脱しないすべての変更は添付する特許請求の範囲に含まれることが意図される。

Claims

式I：

[式中、
R¹およびR²のそれぞれは個々に、H、C_1-6アルキル、もしくはアリール置換C_1-6アルキルであり、またはR¹およびR²はそれらが結合する窒素原子と一緒になって3〜8員環を形成し、該環は場合によりC_1-6アルキル、アリール、C_1-6アルコキシ、またはアリールオキシ置換基により置換されていてもよく；
R³は、H、C_1-6アルキル、ヒドロキシ置換C_1-6アルキル、またはC_1-6アルコキシ置換C_1-6アルキルであり；
R⁴、R⁵、R⁶、およびR⁷のそれぞれは個々に、H、C_1-6アルキル、またはC_1-6アルコキシであり；
それぞれのR⁸は個々に、H、C_1-6アルキル、またはC_1-6アルコキシであり；
それぞれのR⁹は個々に、H、C_1-6アルキル、またはC_1-6アルコキシであり；
それぞれのL¹およびL²は個々に、CR¹⁰R¹¹、CR¹⁰R¹¹CR¹²R¹³、およびOからなる群より選択されるリンカー種であり；
R¹⁰、R¹¹、R¹²、およびR¹³のそれぞれは個々に、水素またはC_1-6アルキルである]
の化合物、またはその製薬上許容される塩。
R¹がHであり、R²がC_1-6アルキルである、請求項1に記載の化合物。
R³がC_1-6アルキルまたはヒドロキシ置換C_1-6アルキルである、請求項1または2に記載の化合物。
R⁴、R⁵、R⁶、R⁷、R⁸、およびR⁹のそれぞれがHである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物。
L¹およびL²のぞれぞれがCR¹⁰R¹¹であり、R¹⁰およびR¹¹のそれぞれが水素である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の化合物。
請求項1〜5のいずれか1項に記載の化合物および製薬上許容される担体を含む医薬組成物。
請求項1〜5のいずれか1項に記載の化合物の投与を含む、ニューロンニコチン性受容体により仲介される疾患または状態を治療または予防する方法。
疾患または状態が、IBS-D、OAB、ニコチン依存症、禁煙、うつ病、大うつ病性障害、または高血圧である、請求項7に記載の方法。
ニューロンニコチン性受容体により仲介される疾患または状態の治療または予防のための医薬を調製するための、請求項1〜5のいずれか1項に記載の化合物の使用。
疾患または状態が、IBS-D、OAB、ニコチン依存症、禁煙、うつ病、大うつ病性障害、または高血圧である、請求項9に記載の使用。
活性治療物質として使用するための、請求項1〜5のいずれか1項に記載の化合物。
ニューロンニコチン性受容体により仲介される疾患または状態の治療または予防において使用するための、請求項1〜5のいずれか1項に記載の化合物。
疾患または状態が、IBS-D、OAB、ニコチン依存症、禁煙、うつ病、大うつ病性障害、または高血圧である、請求項11または12に記載の化合物。